JP3159179U

JP3159179U - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP3159179U
Application number: JP2010000558U
Authority: JP
Inventors: ビュンアンバエ
Original assignee: ヤンドンテックカンパニーリミテッド
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2010-05-13
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: US20110025211A1; TW201104156A; EP2287527A1; CN101986002A

Abstract

【課題】高出力、高輝度及び耐久性に優れたＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】メインフレームと、メインフレームに配備されるメタルＰＣＢと、メタルＰＣＢの上側に配備されるヒートシンクと、ヒートシンクの下側に配備される熱電素子と、ヒートシンクまたはメタルＰＣＢの温度を測定する温度センサーと、ヒートシンクの上部または側部に位置する冷却ファンと、を備えてなる。メタルＰＣＢの底部には、ＬＥＤ電球が配設され、上側には固定プレートが配備される。熱電素子の下部は吸熱部であり、上部は発熱部である。【選択図】図１

Description

本考案は発光ダイオード電球から発せられる熱の冷却機能に優れていることから、高出力、高輝度及び耐久性に優れた発光ダイオード照明装置に関する。

人類は、白熱電灯といった照明装置の発明により闇から解放されて夜間にまでその活動時間が延びるという恩恵に与るようになり、これにより、人類文明は一層飛躍的な発展を成し遂げるようになった。

この後、人類は一層明るく低電力消費の照明装置を開発するために鋭意努力した結果、現在、蛍光灯、三波長灯、ハロゲン灯などの数多くの照明装置が発明され、生活に利用されるに至った。

最近には、電気を流したときに光を発する発光ダイオード素子が開発されるに伴い、このような発光ダイオード素子の特性を照明装置に利用することに関心が寄せられている。前記発光ダイオード素子は低電力下でも高輝度の光を発し、寿命もまた長いことから、次世代の照明装置と言われており、このため、これに関する研究が活発になされており、製品としても一部販売されている。

照明装置は輝度が所定のレベル以上になることを余儀なくされるため、前記発光ダイオード素子を用いた照明装置を製作するためには、一台の発光ダイオード照明装置に前記発光ダイオード素子から構成された発光ダイオード電球を多数稠密に配置して製造しなければならない。

しかしながら、前記発光ダイオード電球はＴＶや電話機などの家電製品に表示灯として一つずつ使用されるときには前記発光ダイオード電球から発せられる熱があまり問題とならないが、前記発光ダイオード照明装置には多数の発光ダイオード電球が密集して配置されているため、前記多数の発光ダイオード電球から発せられる熱が前記照明装置に致命的な問題を引き起こす原因となっている。

前記発光ダイオード電球は、そもそも従来の照明灯よりもその寿命が遥かに長いにも関わらず、前記多数の発光ダイオード電球から発せられる多量の熱に起因して頻繁に故障を引き起こし、しかも、その寿命が短くなるといった問題点があるため、低出力の発光ダイオード電球を使用せざるを得ず、その個数も少量装着された発光ダイオード照明装置しか製造することができなかった。このため、白熱電灯や水銀灯、蛍光灯よりも照度は遥かに低く、且つ、その値段は高価であるため照明装置として汎用され難いといった問題点があった。

これらの理由から、一層高輝度、高出力の発光ダイオード照明装置が優れた耐久性を備えるための方法が望まれている。

そこで、この考案は、発光ダイオード電球から発せられる熱を一層効率よく制御することにより、高出力、高輝度及び耐久性に優れた発光ダイオード照明装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、この考案は、メインフレームと、前記メインフレームに配備され、底部に一つ以上の発光ダイオード電球が配設されるメタルＰＣＢと、前記メタルＰＣＢの上側に配備され、前記発光ダイオード電球から発せられる熱を伝達されて空気中に放出させるヒートシンクと、前記ヒートシンクの下側に配備され、下部は吸熱部となり、上部は発熱部となるように配置される一つ以上の熱電素子と、前記ヒートシンクまたは前記メタルＰＣＢの温度を測定する温度センサーと、前記ヒートシンクの上部または側部に位置し、前記ヒートシンクから発せられる熱を外部に誘導して前記ヒートシンクを冷却させる一つ以上の冷却ファンと、を備えてなることを特徴とするＬＥＤ照明装置を技術的要旨とする。

ここで、前記メタルＰＣＢは一つのメタルＰＣＢに多数のＬＥＤ電球が配設されることを特徴とする。

また、前記メタルＰＣＢの上側に固定プレートがさらに配備されることを特徴とする。

さらに、前記メタルＰＣＢは一つのメタルＰＣＢに一つのＬＥＤ電球が配設され、前記メタルＰＣＢの上側に固定プレートが配備されてＬＥＤ電球付きメタルＰＣＢが多数固定されることを特徴とする。

さらに、前記固定プレートは平面状に形成されたり、曲面形状または多面体の一部形状に形成されて前記多数のＬＥＤ電球が多方向に配設されて多角度に光が照射されることを特徴とする。

さらに、前記ヒートシンクの下側に配備されて前記ヒートシンクの熱が前記メタルＰＣＢに伝達されることを防ぐ断熱部がさらに配備されることを特徴とする。

さらに、前記ＬＥＤ照明装置の作動をコントロールするための回路基板がさらに配備されることを特徴とする。

前記構成を有するこの考案によれば、発光ダイオード電球から発せられる熱を一層効率よく且つ速やかに冷却させることにより、高出力、高輝度及び耐久性に優れた発光ダイオード照明装置が提供されるメリットがある。

この考案の第１実施形態によるＬＥＤ照明装置の斜視図。この考案の第１実施形態によるＬＥＤ照明装置の分解図。この考案の第１実施形態の変形例によるＬＥＤ照明装置の分解図。この考案の第２実施形態によるＬＥＤ照明装置の分解図。この考案の第３実施形態によるＬＥＤ照明装置の分解図。

以下、添付図面に基づき、この考案について説明する。なお、この考案を説明するに当たって、関連する公知の技術または構成についての具体的な説明がこの考案の要旨を余計に曖昧にする恐れがあると認められる場合にはその詳細な説明は省く。そして、後述する用語はこの考案における機能を考慮して定義された用語であり、これらは使用者、運用者の意図または慣例などによって異なるため、この考案を説明するこの明細書の全般に亘っての内容を踏まえてその定義が決定されるべきである。

図１は、この考案の第１実施形態による発光ダイオード照明装置の斜視図であり、図２は、この考案の第１実施形態によるＬＥＤ照明装置の分解図であり、図３は、この考案の第１実施形態の変形例によるＬＥＤ照明装置の分解図であり、図４は、この考案の第２実施形態によるＬＥＤ照明装置の分解図であり、図５は、この考案の第３実施形態によるＬＥＤ照明装置の分解図である。

この考案による発光ダイオード照明装置は、大きく、メインフレーム１０と、発光ダイオード電球７０と、メタルＰＣＢ６０と、熱電素子４０と、温度センサー５０と、ヒートシンク３０及び冷却ファン２０を備えてなる。

前記メインフレーム１０は前記発光ダイオード照明装置の支持部であり、後述する各構成要素を支持する役割を果たす。

前記発光ダイオード電球７０は電流を流したときに光を放出する発光ダイオード素子を用いた発光装置であり、公知の技術であるためその詳細な説明は省く。

前記メタルＰＣＢ６０は下面に前記発光ダイオード電球７０が取り付けられて前記発光ダイオード電球７０に電流を供給する回路がプリントされた基板である。前記メタルＰＣＢは発光ダイオード電球７０から発せられる熱を容易に放出できるように高い熱伝導率を有する金属から形成される基板であり、主としてアルミニウム素材から製作される。

このとき、図２及び図４に示すように、一つの広いメタルＰＣＢ６０に多数の発光ダイオード電球７０が配置されるように構成することもでき、図５に示すように、一つの発光ダイオード電球７０が一つの小さなメタルＰＣＢ６０に配置されるように構成することもできる。また、前記発光ダイオード電球７０付き多数のメタルＰＣＢ６０を互いに隣り合うように連結して配置することもでき、互いに所定の間隔だけ離間させて配置することもできる。

そして、前記多数のメタルＰＣＢ６０を一つの平面上に並ぶように配置して全ての発光ダイオード電球７０が同じ方向を照らすように構成することもでき、前記多数のメタルＰＣＢ６０を、図５に示すように、同じ曲面上または多面体上に配置して前記各発光ダイオード電球７０が互いに角度を異にして照らすように構成することもできる。

前記ヒートシンク３０は前記メタルＰＣＢ６０の上部に位置して前記発光ダイオード電球７０から発せられる熱を伝達されて空気中に放出する役割を果たすものであり、高い熱伝導率を有する金属素材から形成され、その放熱効果を高めるために、図４に示すように、表面積が広くなるように多数の羽根を形成することもできる。

また、前記ヒートシンク３０や前記メタルＰＣＢ６０を前記メインフレーム１０と当接するように配設し、前記メインフレーム１０を高い熱伝導率を有する金属材料から形成して、前記発光ダイオード電球７０から前記メタルＰＣＢ６０と前記ヒートシンク３０に伝達された熱が前記メインフレーム１０にも伝達されて速やかに熱を放出させるように構成することもできる。すなわち、前記メインフレーム１０もまたヒートシンクの役割を果たすように構成することもできる。

前記冷却ファン２０は前記ヒートシンク３０の上部または側部に装着されて前記ヒートシンク３０の熱が一層速やかに空気中に放出できるように前記ヒートシンク３０に向かって風を吹き飛ばす役割を果たす。前記冷却ファン２０は一つが装着されてもよく、２以上装着されてもよいが、その数は前記発光ダイオード照明装置のサイズと出力に応じて決定されることが好ましい。

前記熱電素子４０は、具体的にペルティエ素子であるが、前記ペルティエ素子は電流を流したときに一方は熱を吸収し、他方は熱を放出するものであり、前記ペルティエ素子の作動原理は公知の科学的知識であるためその詳細な説明は省く。

前記熱電素子４０は前記ヒートシンク３０と前記メタルＰＣＢ６０との間に配備されるが、好ましくは、前記ヒートシンク３０の下面に当接するように位置する。前記熱電素子４０は前記発光ダイオード電球７０から発せられる熱を効率よく且つ速やかに吸収して前記ヒートシンク３０に伝達する役割を果たす。

前記熱電素子４０は前記ヒートシンク３０と当接する上部は発熱部となり、前記メタルＰＣＢ６０と当接する下部は吸熱部となるように配置される。より具体的には、前記吸熱部は前記メタルＰＣＢ６０に当接して前記多数の発光ダイオード電球７０から発せられる熱を吸収して前記発光ダイオード電球７０を冷却させる。すなわち、前記発光ダイオード電球７０から発せられる熱が前記メタルＰＣＢ６０に伝達され、前記メタルＰＣＢ６０に伝達された熱を前記熱電素子４０の吸熱部が吸収することにより、前記発光ダイオード電球７０を冷却させることになる。これに対し、前記熱電素子４０の発熱部から発せられる熱は前記ヒートシンク３０に伝達されて外部に放出され、前記冷却ファン２０により一層速やかに外部に放出される。

前記熱電素子４０もまた一つが装着されてもよく、２以上装着されてもよいが、その数は前記発光ダイオード照明装置のサイズと出力に応じて決定されることが好ましい。

前記温度センサー５０は前記ヒートシンク３０と前記メタルＰＣＢ６０との間に配置されて前記ヒートシンク３０または前記メタルＰＣＢ６０の温度を測定する。もちろん、前記ヒートシンク３０の上面に当接して前記ヒートシンク３０の温度を測定したり、前記メタルＰＣＢ６０の下面に当接して前記メタルＰＣＢ６０の温度を測定することもできる。この考案による発光ダイオード照明装置には前記発光ダイオード照明装置を制御する回路基板９０が配備されるが、前記温度センサー５０において測定された温度情報は前記回路基板９０のコントローラに伝達されて前記温度情報に基づいて前記冷却ファン２０の駆動を制御して前記発光ダイオード照明装置が所定の温度以上に上昇しないように統制することになる。前記コントローラは前記冷却ファン２０のオン／オフを制御するが、必要に応じて、前記冷却ファン２０の回転速度を制御することもできる。

のみならず、一般的に前記熱電素子４０は電源が入ると常に作動されるように構成されるが、必要に応じて、前記コントローラが前記熱電素子４０の駆動を制御するように構成することもできる。

上述したように、前記温度センサー５０とコントローラにより温度に応じて電気装置のオン、オフを統制する装置をサーマスタットと呼び、前記この考案に係る温度センサーとコントローラとから構成されるサーマスタットは温度に応じて前記冷却ファン２０及び／または熱電素子４０を制御することになる。

一方、前記ヒートシンク３０に伝達された熱がさらに前記メタルＰＣＢ６０に向かって伝達されることを防ぐために、前記ヒートシンク３０の下側に断熱部３５が配設されてもよい。前記断熱部３５は前記ヒートシンク３０の下側に前記熱電素子４０が配置された部分以外の領域に配備されるが、このため、図２及び図３に示すように、前記断熱部３５には前記熱電素子４０が嵌合可能な貫通孔３６が穿孔される。また、前記温度センサー５０は前記ヒートシンク３０の温度を測定するように前記ヒートシンク３０の下面に装着されることもできるため、前記断熱部３５には前記温度センサー５０が嵌合可能な貫通孔が穿孔されていてもよい。

一方、前記メタルＰＣＢ６０の上部には固定プレート６５がさらに配備されてもよい。すなわち、前記固定プレート６５の上面は前記熱電素子４０の吸熱部と当接し、前記固定プレート６５の下面は前記メタルＰＣＢ６０の上面と当接するように構成することができる。

前記メタルＰＣＢ６０の厚さが薄い場合、前記発光ダイオード電球７０の周りと前記発光ダイオード電球７０から離れた部分との温度差がやや大きくなって前記メタルＰＣＢ６０上に熱が均一に分布されない状態となって速やかな放熱が困難になる場合がある。このため、この場合に前記メタルＰＣＢ６０の上面に前記固定プレート６５をさらに配備して前記熱電素子４０と接させることが好ましい。

前記固定プレート６５は平面形状に形成することもでき、図５に示すように、各面毎に互いに所定の角をなして当接する多面体の形状に形成されることもできる。もちろん、曲面形状に形成されることも可能である。このような形状の前記固定プレート６５に前記発光ダイオード電球７０付きメタルＰＣＢ６０が複数配設される。このような構造により光を多方向に照らすことが可能になる。

前記固定プレート６５もまた前記発光ダイオード電球７０とメタルＰＣＢ６０から伝達される熱を速やかに前記熱電素子４０に伝達できるように、高い熱伝導率を有する金属素材から形成され、特に、アルミニウムから形成されることが好ましいが、その素材はこれに限定されるものではない。

一方、前記ＬＥＤ照明装置の下部には前記多数の発光ダイオード電球７０を満遍なく覆い包む下部カバー８０が固設されて、光を周りに拡散させ、且つ、見栄えのよい発光ダイオード照明装置を提供するようにする。そして、前記ＬＥＤ照明装置の上部には上部カバー８５が固設されることもできる。

既存のヒートシンクのみを利用する空冷式冷却方式や流冷式冷却方式は発光ダイオード灯器具から発せられる熱を効率よく制御することができないため、ヒートシンクの温度が５０℃以上に上昇するに伴い、照明装置の寿命を短縮する結果を招いて高出力、高輝度の発光ダイオード灯器具を実現することができなかったが、前記構成を有するこの考案による冷却装置によれば、前記ヒートシンク３０の温度を３５℃程度に維持することにより前記発光ダイオード電球の寿命を最大８万時間まで延ばしてその耐久性を大幅に向上させる。これにより、小さなサイズの照明装置にも高出力の発光ダイオード電球を用いて高輝度の発光ダイオード照明装置を製作することが可能になり、高出力の発光ダイオード電球を多数配置した発光ダイオード灯器具も容易に製造することが可能になることから、家庭用または商業用照明だけではなく、街灯などの発光ダイオード照明装置も一層高出力、高輝度及び優れた耐久性を有するように製造することが可能になる。

以下、添付図面に基づき、この考案の好適な実施形態を説明する。

図１から図３は、この考案による第１実施形態を示すものであり、既存のハロゲンランプまたは白熱灯などの照明装置に代えうるＬＥＤ照明装置である。

この実施形態によるＬＥＤ照明装置には、ヒートシンク３０が配備され、前記ヒートシンク３０の上部に冷却ファン２０が配設され、前記ヒートシンク３０の下面に熱電素子４０が形成される。また、前記ヒートシンク３０の下面には温度センサー５０が配備される。

また、この実施形態によるＬＥＤ照明装置の外形をなすメインフレーム１０が配備され、前記メインフレーム１０の内部に前記部品が収納される。

一方、前記メインフレーム１０の下側にはランプモジュール７７が装着されるが、前記ランプモジュール７７は、メタルＰＣＢ６０と、前記メタルＰＣＢ６０の下面に配備される多数の発光ダイオード電球７０とから構成され、前記多数の発光ダイオード電球７０のそれぞれには拡散用レンズ７５が覆われて配備される。また、前記多数の発光ダイオード電球７０を満遍なく覆い包む下部カバー８０が形成される。

前記メインフレーム１０の下部に装着される前記ランプモジュール７７のメタルＰＣＢ６０から伝達される熱は前記熱電素子４０を介して前記ヒートシンク３０に伝達されるだけではなく、前記メインフレーム１０にも伝達されて、一層速やかに前記発光ダイオード電球７０を冷却させることができ、前記冷却ファン２０により冷却効率が倍加される。

一方、前記ヒートシンク３０の下面には前記ヒートシンク３０に伝達された熱がさらに前記メタルＰＣＢ６０に伝達されることを防ぐために断熱部３５が配備される。前記断熱部３５は前記ヒートシンク３０の下面における前記熱電素子４０が配置された領域以外の部分に配設されるものであるため、前記熱電素子４０が配置される部分に相当する領域には貫通孔３６が穿孔される。もちろん、図示はしないが、前記温度センサー５０が配置される部分に相当する領域にも貫通孔が穿孔されていてもよい。

そして、前記メインフレーム１０の内部には前記ＬＥＤ照明装置をコントロールする回路基板９０が配備される。前記回路基板９０は前記温度センサー５０の温度情報を伝達されて前記冷却ファン９０または／及び前記熱電素子４０の作動を制御する役割も果たす。

さらに、前記メインフレーム１０の上部には前記ＬＥＤ照明装置の上部を覆う上部カバー８５が配備され、前記上部カバー８５の上端にはソケットなどの電気的連結部に前記ＬＥＤ照明装置を連結固定する固定部８７が配備される。

前記固定部８７は、図示の如く、回転結合式固定部であってもよく、図示はしないが、嵌合式固定部であってもよい。

一方、前記実施形態に記載されていない通常のＬＥＤ照明装置の必須的な部品はこの実施形態によるＬＥＤ照明装置にも適用可能であることは言うまでもない。

図４は、この考案による第２実施形態を示すものであり、既存の街灯またはフラッドライトに代えうるＬＥＤ照明装置である。

この実施形態によるＬＥＤ照明装置には、中央部が開口された広い平板状のメインフレーム１０が配備され、前記メインフレーム１０の中央の開口部にヒートシンク３０が装着され、前記ヒートシンク３０の下部に多数の熱電素子４０と温度センサーが配備される。前記熱電素子４０の下部には固定プレート６５が配備され、前記固定プレートの下面にメタルＰＣＢ６０が配備される。前記メタルＰＣＢ６０の下面にはレンズ付き発光ダイオード電球７０から構成されるランプモジュール７７が配備される。

前記メインフレーム１０の下面の一方の側にはパワーサプライＳＭＰＳ１５が配備され、前記メインフレーム１０の上面には固定部８７が形成されて前記ＬＥＤ照明装置を街灯柱に固定可能にする。

また、前記メインフレーム１０の上面の他方の側には前記ヒートシンク３０の隣に位置する冷却ファン２０が配備される。前記冷却ファン２０が前記ヒートシンク３０の側面から前記ヒートシンク３０に風を吹き飛ばして冷却させる。

そして、前記メインフレーム１０の上部には前記冷却ファン２０をカバーする上部カバー８５が配備され、前記メインフレーム１０の下部には前記ランプモジュール７７、パワーサプライＳＭＰＳ１５など前記メインフレーム１０の下面を満遍なく覆う下部カバー８０が配備される。

図５は、この考案による第３実施形態を示すものであり、既存の保安灯に代えうるＬＥＤ照明装置である。

この実施形態によるＬＥＤ照明装置には、後述する部品を支持するメインフレーム１０が配備され、前記メインフレーム１０の上部にはヒートシンク３０が配備され、前記ヒートシンク３０の上側には冷却ファン２０が配備される。

また、前記ヒートシンク３０の下面には熱電素子４０、サーマスタット５１、セラミック抵抗器１２などが配設される。前記セラミック抵抗器１２は、一般的に、ＬＥＤ照明装置に利用されるものであり、電圧降下によるＬＥＤの破損を防止する役割を果たす。

前記メインフレーム１０の下部には固定プレート６５が形成され、前記固定プレート６５の下面にはメタルＰＣＢ６０と発光ダイオード電球７０とから構成される多数のランプモジュール７７が装着される。

また、前記メインフレーム１０の下部には前記ランプモジュール７７及び固定プレート９０の両方を覆う下部カバー８０が配備される。

さらに、前記ＬＥＤ照明装置の上端には前記ＬＥＤ照明装置を外部の構造物に固定するための固定部８７が配備される。

以上の実施形態の如き構成を有するこの考案によれば、その優れた冷却効率により優れた耐久性を有する高出力のＬＥＤ照明装置が実現可能になる。

以上、図面と実施形態はこの考案を具体化するための一つの実施形態に過ぎないものであり、この考案は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲において請求するこの考案の要旨を逸脱することなく当該考案が属する分野において通常の知識を持った者であれば種々の変更実施が可能な範囲までこの考案の技術的精神があると言えるであろう。

１０：メインフレーム
２０：冷却ファン
３０：ヒートシンク
３５：断熱部
３６：貫通孔
４０：熱電素子
５０：温度センサー
６０：メタルＰＣＢ
６５：固定プレート
７０：ＬＥＤ電球
８０：下部カバー
９０：回路基板

Claims

メインフレームと、
前記メインフレームに配備され、底部に一つ以上の発光ダイオード電球が配設されるメタルＰＣＢと、
前記メタルＰＣＢの上側に配備され、前記発光ダイオード電球から発せられる熱を伝達されて空気中に放出させるヒートシンクと、
前記ヒートシンクの下側に配備され、下部は吸熱部となり、上部は発熱部となるように配置される一つ以上の熱電素子と、
前記ヒートシンクまたは前記メタルＰＣＢの温度を測定する温度センサーと、
前記ヒートシンクの上部または側部に位置し、前記ヒートシンクから発せられる熱を外部に誘導して前記ヒートシンクを冷却させる一つ以上の冷却ファンと、
を備えてなることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記メタルＰＣＢは、
一つのメタルＰＣＢに多数のＬＥＤ電球が配設されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記メタルＰＣＢの上側に固定プレートがさらに配備されることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
前記メタルＰＣＢは、
一つのメタルＰＣＢに一つのＬＥＤ電球が配設され、前記メタルＰＣＢの上側に固定プレートが配備されてＬＥＤ電球付きメタルＰＣＢが多数固定されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記固定プレートは平面形状に形成されたり、曲面形状または多面体の一部形状に形成されて前記多数のＬＥＤ電球が多方向に配設されて多角度に光が照射されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明装置。
前記ヒートシンクの下側に配備されて前記ヒートシンクの熱が前記メタルＰＣＢに伝達されることを防ぐ断熱部がさらに配備されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ照明装置の作動をコントロールするための回路基板がさらに配備されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。