JP5685767B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、とくにＬＥＤ光源を備える照明装置に関する。

たとえば、街路、競技場や体育館の照明装置の光源としては、水銀灯が多く使用されてきたが、最近では、水銀灯に代えて、水銀灯よりも高発光効率および長寿命であるＬＥＤ光源が使用され始めている。水銀灯などの代替として用いられるＬＥＤ光源は、多数のＬＥＤを備える高出力タイプであり、点灯時の発熱量が大きい。そのため、高出力タイプのＬＥＤ光源を備える照明装置では、ＬＥＤ光源からの放熱のためのヒートシンクなどを設けるなどの熱対策が不可欠である。

この熱対策のための構成が種々提案されている。

たとえば、特許文献１（特開２０１２−２２１６９７号公報）で提案されている構成では、アルミニウム製のベース板と、ベース板の下面に間隔を空けて対向するカバー板とが設けられている。ベース板の下面には、複数のＬＥＤおよび放熱板が周方向に交互に並べられている。ベース板の中央には、吸気口が形成されており、ベース板の上面には、その吸気口に連通する排気ダクトが設けられている。排気ダクトの先端に排気ファンが配置されており、この排気ファンが駆動されると、カバー板の周囲からベース板とカバー板との間に空気が流入し、その空気が排気ダクトを通して排出される。ベース板とカバー板との間を空気が流通することにより、ベース板および放熱板の熱が空気に奪われ、ベース板および放熱板が冷却される。

また、特許文献２（特開２０１２−２３８３９４号公報）で提案されている構成では、ヒートシンクの下側に、ＬＥＤ基板が配置され、ヒートシンクの上側に、送風装置が配置されている。ヒートシンクの周縁部には、吸気口および排出口が送風装置を挟んで互いに反対側に形成されている。吸気口と送風装置との間には、仕切板が設けられている。送風装置は、ヒートシンクに対向する排気面と反対側の面に設けられた吸気面とを有している。送風装置が駆動されると、吸気口から送風装置側に空気が流入し、その空気が仕切板の上側に回り込む。そして、空気は、送風装置の吸気面から排気面に向けて流れ、ヒートシンクに当たり、排出口から排出される。空気がヒートシンクに当たることにより、ヒートシンクの熱が空気に奪われ、ヒートシンクが冷却される。

特開２０１２−２２１６９７号公報 特開２０１２−２３８３９４号公報

しかしながら、いずれの提案にかかる構成も、ファン（送風装置）の個数が１個であり、ファンによる風量が小さいため、ＬＥＤ光源を十分に冷却することができない。ＬＥＤ光源（ヒートシンク）の冷却のための風量を増大させるために、複数のファンを搭載することが考えられるが、その場合、各ファンによる空気（風）の流れについて熟考しなければならない。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、光源を効果的に冷却することができる、照明装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、周壁を有するケースと、前記周壁に形成された吸気口と、前記周壁における前記吸気口と所定方向に対向する位置に形成された排気口と、前記ケース内に設けられた光源と、前記吸気口と前記排気口との間に配置され、前記光源に対して前記光源からの投光側と反対側から接触するヒートシンクと、前記ケース内に前記吸気口と前記所定方向に対向して配置され、前記吸気口を介して前記ケース内に空気を吸入するための吸気ファンと、前記ケース内に前記排気口と前記所定方向に対向して配置され、前記排気口を介して前記ケース内から空気を排出するための排気ファンと、前記ケース内において、前記ヒートシンクに対して前記所定方向と直交する方向の両側に、前記吸気ファンが配置される空間と前記排気ファンが配置される空間とを仕切るように設けられた仕切壁とを含む。

この構成によれば、光源を収容するケースの周壁には、互いに所定方向に対向する位置に、吸気口および排気口が形成されている。ケース内には、吸気口と排気口との間に、ヒートシンクが光源にその投光側と反対側から接触して設けられている。また、ケース内には、吸気口および排気口と所定方向に対向する位置に、それぞれ吸気ファンおよび排気ファンが配置されている。そして、ケース内には、ヒートシンクに対して所定方向と直交する方向の両側に、仕切壁が吸気ファン側の空間と排気ファン側の空間とを仕切るように設けられている。

吸気ファンおよび排気ファンが駆動されると、吸気ファンの作用により、外部から吸気口を通してケース内に空気が流入し、その空気がヒートシンクに向けて所定方向に流れる。空気がヒートシンクに当たることにより、ヒートシンクの熱が空気に奪われ、ヒートシンクが冷却され、ひいては、ヒートシンクに接触している光源が冷却される。ヒートシンクに対して所定方向と直交する方向の両側に仕切壁が設けられているので、吸気ファンからヒートシンクに向けて流れる空気は、仕切壁の間を通過して、排気ファンが配置される空間に流入する。排気ファンの作用により、仕切壁の間を通過する空気が排気口に向けて送られ、その空気が排気口を通して外部に排出される。

本願発明者による研究の結果、仕切壁が設けられていない構成では、ヒートシンクに当たった空気の一部が排気ファンの側方へ流れ、その空気がケースの内周面に沿って吸気ファンの空気吸込側に流れるため、ケース内にヒートシンクから熱を奪った空気が循環し、ケース内の空気と外気との入れ替えが良好に行われないことがわかった。仕切壁が設けられることにより、ヒートシンクに当たった空気が排気ファンの側方へ流れることを防止でき、ヒートシンクに当たった空気を排気ファンに良好に吸い込ませることができるので、ケース内でヒートシンクから熱を奪った空気が循環することを防止できる。その結果、ケース内の空気と外気とを良好に入れ替えることができ、低温の外気により、ヒートシンクを介して光源を良好に冷却することができる。

ヒートシンクは、仕切壁に対して吸気口側に配置された第１熱交換部と、仕切壁に対して排気口側に配置された第２熱交換部と、第１熱交換部および第２熱交換部に伝熱可能に架設され、光源と接触する架設部とを備えていてもよい。そして、その場合には、第１熱交換部と第２熱交換部との間に、第１熱交換部から第２熱交換部に向けて送風する送風ファンが設けられることが好ましい。

送風ファンが設けられることにより、吸気ファンから排気ファンに向かう空気の流れが強制的に形成されるので、ヒートシンクの第１熱交換部に当たった空気の一部が排気ファンの側方へ流れることを一層防止できる。

また、その場合、仕切壁が第１熱交換部と第２熱交換部との間に入り込んでいることが好ましい。この構成によれば、送風ファンと仕切壁との間の隙間を小さくできるので、第１熱交換部に当たった空気がその隙間を通して送風ファンの側方に逃げることを防止できる。その結果、第１熱交換部に当たった空気を送風ファンに良好に吸い込ませて、送風ファンから排気ファンに向けて送ることができ、その空気により、第２熱交換部を良好に冷却することができる。よって、ヒートシンクを介して光源を一層良好に冷却することができる。

ケースの周壁は、円筒状の内周面を有していてもよく、この場合、仕切壁が内周面に立設されていることが好ましい。

ケースの周壁の内周面が円筒状をなす場合、排気ファンに吸い込まれずに、排気ファンの側方へ流れる空気がその内周面に沿って吸気ファンの空気吸込側に流れやすいが、仕切壁が内周面に立設されていることにより、内周面に沿った空気の流れが形成されることを防止できる。

本発明によれば、仕切壁が設けられることにより、ヒートシンクに当たった空気が排気ファンの側方へ流れることを防止でき、ヒートシンクに当たった空気を排気ファンに良好に吸い込ませることができるので、ケース内でヒートシンクから熱を奪った空気が循環することを防止できる。その結果、ケース内の空気と外気とを良好に入れ替えることができ、低温の外気により、ヒートシンクを介して光源を良好に冷却することができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の側面図である。 図１に示される切断面線Ａ−Ａにおける照明装置の断面図である。 本願発明者が本発明に至る前に試作した照明装置の構成を示す断面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る照明装置の側面図である。図２は、図１に示される切断面線Ａ−Ａにおける照明装置の断面図である。

照明装置１は、街路、競技場、夜間工事現場、工場内、体育館内などの照明に広く使用可能なものである。照明装置１は、ケース１１、冷却機構１２、ＬＥＤ光源１３および透過板１４を備えている。

ケース１１は、アルミニウムなどの耐食性に優れた金属からなる。ケース１１は、底壁１５および底壁１５の周縁から立ち上がる周壁１６を有する略有底円筒状をなしている。

なお、以下の説明では、ケース１１の開放端面側を上側とし、その反対側を下側として、照明装置１の上下方向を規定する。

周壁１６には、それぞれ複数の吸気口１７および排気口１８が形成されている。吸気口１７は、上下２段に分けられて、各段において周壁１６の周方向に間隔を空けて並設されている。排気口１８は、吸気口１７と所定方向Ｄ１に対向する位置に、上下２段に分けられて、各段において周壁１６の周方向に間隔を空けて並設されている。吸気口１７および排気口１８は、たとえば、同じ個数ずつ設けられ、ケース１１の中心軸線を中心に互いに回転対称な構成を有している。

冷却機構１２は、底壁１５上に配置され、ケース１１内に収容されている。冷却機構１２は、ヒートシンク１９、吸気ファン２０、排気ファン２１および送風ファン２２を含む。

ヒートシンク１９は、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属からなる。ヒートシンク１９は、第１熱交換部２３、第２熱交換部２４および架設部２５を備えている。

第１熱交換部２３は、吸気口１７と所定方向Ｄ１に対向して配置されている。第１熱交換部２３は、複数枚（たとえば、５６枚）の放熱フィン２６が上下方向に間隔を空けて積層された構成を有している。第１熱交換部２３には、各放熱フィン２６を平面視略矩形状に切り欠くことにより、吸気口１７側から所定方向Ｄ１に凹む凹部２７が形成されている。

第２熱交換部２４は、第１熱交換部２３と所定方向Ｄ１に間隔を空けて対向し、かつ、排気口１８と所定方向Ｄ１に対向して配置されている。第２熱交換部２４は、複数枚（たとえば、５６枚）の放熱フィン２８が上下方向に間隔を空けて積層された構成を有している。第２熱交換部２４には、各放熱フィン２８を平面視略矩形状に切り欠くことにより、排気口１８側から所定方向Ｄ１に凹む凹部２９が形成されている。

架設部２５は、複数本（たとえば、６本）のヒートパイプ３０からなる。各ヒートパイプ３０は、第１熱交換部２３と第２熱交換部２４との間に架設されている。具体的には、各ヒートパイプ３０は、一端部が第１熱交換部２３に接続され、第１熱交換部２３の上方に延び、所定方向Ｄ１に屈曲して延び、第２熱交換部２４の上方で下方に屈曲して延び、他端部が第２熱交換部２４に接続されている。各ヒートパイプ３０の所定方向Ｄ１に延びる部分は、所定方向Ｄ１と直交する直交方向Ｄ２に集合して、ＬＥＤ光源１３との接触部３１を形成している。

吸気ファン２０は、第１熱交換部２３の凹部２７内に、回転軸線が所定方向Ｄ１に延びるように配置されている。吸気ファン２０には、電源ユニット（図示せず）から動作電力が供給されるようになっている。

排気ファン２１は、第２熱交換部２４の凹部２９内に、回転軸線が所定方向Ｄ１に延びるように配置されている。排気ファン２１には、電源ユニット（図示せず）から動作電力が供給されるようになっている。

送風ファン２２は、第１熱交換部２３と第２熱交換部２４との間に、回転軸線が所定方向Ｄ１に延びるように配置されている。吸気ファン２０、排気ファン２１および送風ファン２２の各回転軸線は、同一直線上に並んでいる。送風ファン２２には、電源ユニット（図示せず）から動作電力が供給されるようになっている。

ＬＥＤ光源１３は、複数のＬＥＤが上面に実装された基板を最下部に備えており、その基板の下面がヒートシンク１９の接触部２９に上方から接触するように配置されている。ＬＥＤ光源１３には、電源ユニット（図示せず）から動作電力が供給されるようになっている。ＬＥＤ光源１３の明るさは、たとえば、４０００ｌｍ〜１６０００ｌｍである。

透過板１４は、たとえば、透明または半透明の光透過性を有する樹脂からなり、ケース１１の外径と同じ径を有する円板状をなしている。透過板１４は、ケース１１の開放端面を上方から閉塞するように配置され、ケース１１に対して固定されている。

そして、ケース１１の内周面３２には、ヒートシンク１９に対して直交方向Ｄ２の両側に、上下方向に延びる仕切壁３３が立設されている。各仕切壁３３は、内周面３２から直交方向Ｄ２に突出し、その先端部は、ヒートシンク１９の第１熱交換部２３と第２熱交換部２４との間に入り込んで、送風ファン２２と直交方向Ｄ２に間隔を空けて対向している。ケース１１内におけるヒートシンク１９の周囲の空間は、仕切壁３３により、吸気ファン２０が配置される空間と排気ファン２１が配置される空間とに仕切られている。

電源が投入されて、ＬＥＤ光源１３に動作電力が供給されると、各ＬＥＤが発光し、その光が透過板１４を通して外部に出射される。また、電源が投入されると、吸気ファン２０、排気ファン２１および送風ファン２２に動作電力が供給されて、吸気ファン２０、排気ファン２１および送風ファン２２が駆動される。

吸気ファン２０の作用により、外部から吸気口１７を通してケース１１内に空気が流入し、その空気がヒートシンク１９の第１熱交換部２３の各放熱フィン２６の間を所定方向Ｄ１に沿って流れる。各放熱フィン２６の間を空気が通過する際に、放熱フィン２６と空気との間で熱交換が行われ、放熱フィン２６が冷却される。

送風ファン２２の作用により、ヒートシンク１９の第１熱交換部２３と第２熱交換部２４との間において、所定方向Ｄ１に沿って第１熱交換部２３から第２熱交換部２４に向かう空気の流れが形成される。また、送風ファン２２に対して直交方向Ｄ２の両側には、仕切壁３３が設けられている。そのため、第１熱交換部２３の各放熱フィン２６の間を通過する空気は、仕切壁３３の間を通過して、第２熱交換部２４および排気ファン２１が配置される側の空間に流入する。

排気ファン２１の作用により、仕切壁３３の間を通過する空気は、第２熱交換部２４の各放熱フィン２８の間を所定方向Ｄ１に沿って排気口１８に向けて流れ、排気口１８を通して外部に排出される。各放熱フィン２８の間を空気が通過する際に、放熱フィン２８と空気との間で熱交換が行われ、放熱フィン２８が冷却される。

ヒートシンク１９では、第１熱交換部２３の放熱フィン２６および第２熱交換部２４の放熱フィン２８が空冷されることにより、ＬＥＤ光源１３からの発熱が架設部２５を介して第１熱交換部２３および第２熱交換部２４に伝熱する。その結果、ＬＥＤ光源１３が冷却される。

図３は、本願発明者が本発明に至る前に試作した照明装置の構成を示す断面図である。図３では、図２に示される各部に相当する部分に、それらの各部と同一の参照符号が付されている。以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略する。

本願発明者は、本願発明に至る過程において、図３に示される構成の照明装置１０１を試作した。照明装置１０１は、図２に示される照明装置１に対して、送風ファン２２および仕切壁３３が省略されている点で相違する。

照明装置１０１において、ＬＥＤ光源１３を点等させるとともに、吸気ファン２０および排気ファン２１を駆動させて、ＬＥＤ光源１３の温度上昇を調べる試験を行った。その結果、ＬＥＤ光源１３の温度が想定を超える温度以上に上昇し、ヒートシンク１９、吸気ファン２０および排気ファン２１による光源の冷却が上手く行われていないことがわかった。

その原因を探求すべく、吸気ファン２０および排気ファン２１による空気の流れを調べたところ、外部から吸気口１７を通してケース１１内に流入する空気は、ヒートシンク１９の第１熱交換部２３の各放熱フィン２６の間を通過した後、そのすべてが第２熱交換部２４（排気ファン２１）に向けて流れるのではなく、その一部が第２熱交換部２４に対する直交方向Ｄ２の両側に逸れることがわかった。そして、第２熱交換部２４の両側に逸れた空気がケース１１の内周面３２に沿って吸気ファン２０側に流れ、その大部分が吸気ファン２０に吸い込まれることにより、第１熱交換部２３から熱を奪った空気がケース１１内で循環することがわかった。

そこで、本願発明者は、ヒートシンク１９に対する直交方向Ｄ２の両側に仕切壁３３を設けることを考えた。仕切壁３３が設けられることにより、ヒートシンク１９の第１熱交換部２３に当たった空気が第２熱交換部２４（排気ファン２１）の側方へ流れることを防止でき、第１熱交換部２３を通過した空気を排気ファン２１に良好に吸い込ませることができる。その結果、ケース１１内で第１熱交換部２３から熱を奪った空気が循環することを防止でき、ケース１１内の空気と外気とを良好に入れ替えることができ、低温の外気により、ヒートシンク１９を介してＬＥＤ光源１３を良好に冷却することができる。

また、本願発明者は、第１熱交換部２３を通過した空気が排気ファン２１に一層良好に吸い込まれるように、第１熱交換部２３と第２熱交換部２４との間に、第１熱交換部２３から第２熱交換部２４に向けて送風する送風ファン２２を設けることを考えた。送風ファン２２が設けられることにより、吸気ファン２０から排気ファン２１に向かう空気の流れが強制的に形成されるので、第１熱交換部２３に当たった空気の一部が排気ファン２１の側方へ流れることを一層防止できる。

また、照明装置１では、仕切壁３３が第１熱交換部２３と第２熱交換部２４との間に入り込んでいる。これにより、送風ファン２２と仕切壁３３との間の隙間を小さくできるので、第１熱交換部２３に当たった空気がその隙間を通して送風ファン２２の側方に逃げることを防止できる。その結果、第１熱交換部２３に当たった空気を送風ファン２２に良好に吸い込ませて、送風ファン２２から排気ファン２１に向けて送ることができ、その空気により、第２熱交換部２４を良好に冷却することができる。よって、ヒートシンク１９を介してＬＥＤ光源１３を一層良好に冷却することができる。

ケース１１の周壁１６は、円筒状の内周面３２を有している。ケース１１の内周面３２が円筒状をなす場合、排気ファン２１に吸い込まれずに、排気ファン２１の側方へ流れる空気がその内周面３２に沿って吸気ファンの空気吸込側に流れやすいが、仕切壁３３が内周面３２に立設されていることにより、内周面３２に沿った空気の流れが形成されることを防止できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、ＬＥＤ光源１３の明るさは、４０００ｌｍ〜１６０００ｌｍであるとしたが、その範囲以下であってもよいし、その範囲以上であってもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ 照明装置
１１ ケース
１３ ＬＥＤ光源
１６ 周壁
１７ 吸気口
１８ 排気口
１９ ヒートシンク
２０ 吸気ファン
２１ 排気ファン
２２ 送風ファン
２３ 第１熱交換部
２４ 第２熱交換部
２５ 架設部
３２ 内周面
３３ 仕切壁

Claims (4)

1. 周壁を有するケースと、
   前記周壁に形成された吸気口と、
   前記周壁における前記吸気口と所定方向に対向する位置に形成された排気口と、
   前記ケース内に設けられた光源と、
   前記吸気口と前記排気口との間に配置され、前記光源に対して前記光源からの投光側と反対側から接触するヒートシンクと、
   前記ケース内に前記吸気口と前記所定方向に対向して配置され、前記吸気口を介して前記ケース内に空気を吸入するための吸気ファンと、
   前記ケース内に前記排気口と前記所定方向に対向して配置され、前記排気口を介して前記ケース内から空気を排出するための排気ファンと、
   前記ケース内において、前記ヒートシンクに対して前記所定方向と直交する方向の両側に、前記吸気ファンが配置される空間と前記排気ファンが配置される空間とを仕切るように設けられた仕切壁とを含み、
   前記周壁は、円筒状の内周面を有し、
   前記仕切壁は、前記内周面に立設されている、照明装置。
2. 前記ヒートシンクは、前記仕切壁に対して前記吸気口側に配置された第１熱交換部と、前記仕切壁に対して前記排気口側に配置された第２熱交換部と、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部に伝熱可能に架設され、前記光源と接触する架設部とを備え、
   前記第１熱交換部と前記第２熱交換部との間に配置され、前記第１熱交換部から前記第２熱交換部に向けて送風する送風ファンをさらに含む、請求項１に記載の照明装置。
3. 周壁を有するケースと、
   前記周壁に形成された吸気口と、
   前記周壁における前記吸気口と所定方向に対向する位置に形成された排気口と、
   前記ケース内に設けられた光源と、
   前記吸気口と前記排気口との間に配置され、前記光源に対して前記光源からの投光側と反対側から接触するヒートシンクと、
   前記ケース内に前記吸気口と前記所定方向に対向して配置され、前記吸気口を介して前記ケース内に空気を吸入するための吸気ファンと、
   前記ケース内に前記排気口と前記所定方向に対向して配置され、前記排気口を介して前記ケース内から空気を排出するための排気ファンと、
   前記ケース内において、前記ヒートシンクに対して前記所定方向と直交する方向の両側に、前記吸気ファンが配置される空間と前記排気ファンが配置される空間とを仕切るように設けられた仕切壁とを含み、
   前記ヒートシンクは、前記仕切壁に対して前記吸気口側に配置された第１熱交換部と、前記仕切壁に対して前記排気口側に配置された第２熱交換部と、前記第１熱交換部および前記第２熱交換部に伝熱可能に架設され、前記光源と接触する架設部とを備え、
   前記第１熱交換部と前記第２熱交換部との間に配置され、前記第１熱交換部から前記第２熱交換部に向けて送風する送風ファンをさらに含む、照明装置。
4. 前記仕切壁は、前記第１熱交換部と前記第２熱交換部との間に入り込んでいる、請求項２または３に記載の照明装置。

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