JP5828133B2 - 照明装置の放熱構造 - Google Patents

Description

本願発明は、照明装置の放熱構造に関するものである。

従来から、発熱による光源の温度上昇を抑えるため、放熱構造を備えた照明装置が発明されてきた。例えば、特開２００９−４１３１号公報（特許文献１）に示される照明装置は、光源であるＬＥＤの基板に、放熱板を面的に接触させ、さらにその放熱板を面的に補強しつつ支持し、放熱板からの熱を外部に伝える金属製の補強面（フレーム）を備えるものである。

特開２００９−４１３１号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された従来の照明装置では、光源の後面側から放熱を行っている。また、屋外等に用いられる大型の照明装置に適用するためには、照明装置の筐体に強度が求められ、このため、ステンレス鋼で筐体が構成されることが多い。しかしながら、ステンレス鋼の熱伝導率は一般にそう高くないため、ステンレスでこの従来の照明装置の補強面（フレーム）を構成した場合、外部への熱放射が効率的に行われない可能性がある。熱伝導率の高いアルミを補強面（フレーム）に用いることも考えられるが、大型のアルミ外郭は、高コストになりがちである。さらに、大型の場合は加工に手間がかかることが想定される。

本願発明は、このような従来の課題を解決するものであり、より確実に光源を支持し、より効率よく放熱を行う照明装置の放熱構造を提供することを目的としている。

本願発明の照明装置の放熱構造は、筐体の内部に光源ユニットと放熱板とを備え、放熱板は、光源支持部と下面支持部と連結部とを有する。光源支持部は光源ユニットの背面の一部または全部に接する。下面支持部は筐体の内壁のうち光源ユニットの背面に対向する面に接する。連結部は、筐体の内壁に接し、一端を下面支持部に連結された固定端とし、他端を光源支持部よりも光源ユニットの前面側にある開放端として、光源支持部と下面支持部とを連結する。

この放熱構造の光源支持部は、光源ユニットの背面の一部にのみ接してもよい。このとき、放熱構造は、放熱板を対に備えて、光源ユニットの対向する２端側の背面に光源支持部を接触させる。そして、光源ユニットの背面のうち、光源支持部が接していない部分に接する第２の光源支持部を有する第２の放熱板を備える。この第２の放熱板は、第２の光源支持部のほかに、第２の下面支持部と第２の連結部とを有する。第２の下面支持部は、筐体の内壁の、光源ユニットの背面に対向する面のうち下面支持部が接していない部分に接する。第２の連結部は、一端を第２の下面支持部に、他端を第２の光源支持部に連結されて、第２の光源支持部と第２の下面支持部とを連結する。

筐体はステンレス鋼を材料とし、放熱板はアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成されてもよい。

また、放熱構造は、筐体内壁と放熱板との接触部分に、熱伝導率が筐体の熱伝導率以上の高熱伝導率材料を介在させてもよい。

この高熱伝導率材料は、グラファイトシートまたはシリコングリスで形成されるとよい。

光源ユニットは、ＬＥＤ光源を有して構成されることが望ましい。

本願発明の照明装置の放熱構造は、照明装置の筐体の異なる２面に接する放熱板に接して光源ユニットが支持されるので、より確実に光源を支持し、より効率よく放熱を行えるという効果がある。

本願発明の実施形態の放熱構造を用いた照明装置の断面図 本願発明の実施形態の放熱構造を用いた照明装置の筐体１内部の斜視図 本願発明の実施形態の放熱構造を用いた照明装置の、他の例を示す断面図 本願発明の実施形態の放熱構造を用いた照明装置の、他の例を示す筐体１内部の斜視図 本願発明の実施形態における、対の第２の放熱板４の並べ方のバリエーションを示す平面図 本願発明の実施形態における第２の放熱板４の形状の例を示す斜視図 本願発明の実施形態の放熱構造の他の例を示す斜視図 本願発明の実施形態の放熱構造の他の例を示す斜視図 本願発明の実施形態の放熱構造の他の例を示す斜視図 本願発明の実施形態の放熱構造の他の例を示す斜視図

以下、本願発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。ただし、以下の実施形態は本願発明の実施例を示したに過ぎず、本願発明はこれに限定されるものではない。

＜実施形態＞
本願発明の実施形態を図１、図２に示す。この照明装置の放熱構造は、筐体１の内部に光源ユニット２と放熱板３とを備え、放熱板３は、光源支持部３１と下面支持部３２と連結部３３とを有する。光源支持部３１は光源ユニット２の背面の一部または全部に接する。下面支持部３２は筐体１の内壁のうち光源ユニット２の背面に対向する面に接する。連結部３３は、筐体１の内壁に接し、一端を下面支持部３２に連結された固定端とし、他端を光源支持部３１よりも光源ユニット２の前面側にある開放端として、光源支持部３１と下面支持部３２とを連結する。

この放熱構造の光源支持部３１は、光源ユニット２の背面の一部にのみ接する。このとき、放熱構造は、放熱板３を対に備えて、光源ユニット２の対向する２端側の背面に光源支持部３１を接触させる。そして、光源ユニット２の背面のうち、光源支持部３１が接していない部分に接する第２の光源支持部４１を有する第２の放熱板４を備える。この第２の放熱板４は、第２の光源支持部４１のほかに、第２の下面支持部４２と第２の連結部４３とを有する。第２の下面支持部４２は、筐体１の内壁の、光源ユニット２の背面に対向する面のうち下面支持部３２が接していない部分に接する。第２の連結部４３は、一端を第２の下面支持部４２に、他端を第２の光源支持部４１に連結されて、第２の光源支持部４１と第２の下面支持部４２とを連結する。

筐体１はステンレス鋼を材料とし、放熱板３はアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成される。

また、放熱構造は、筐体１内壁と放熱板３との接触部分に、熱伝導率が筐体１の熱伝導率以上の高熱伝導率材料５（図示せず）を介在させる。

この図示しない高熱伝導率材料５は、グラファイトシートまたはシリコングリスで形成される。

光源ユニット２は、ＬＥＤ光源２１１を有して構成される。

ここから、本実施形態の照明装置の放熱構造を具体的に説明する。

図１のように、本実施形態においては、ステンレス鋼製で上部が開口した箱型の筐体１の内部に、光源ユニット２およびアルミニウムを材料とする一対の放熱板３、アルミニウムを材料とする一対の第２の放熱板４が設置される。筐体１は、図１に示すように、開口した上面１１と、上面１１に相対する面である下面１２と、相対する側面１３、１３、および相対する側面１４、１４によって形成される。筐体１の上面１１は透明樹脂やガラス等の透明な材料で覆われている。図２は、この照明装置の、側面１４と平行な面での断面図である。放熱板３および第２の放熱板４の、側面１４と平行な面での断面形状は、図２に示すように、それぞれカタカナの「ヒ」および「コ」のような形状である。

放熱板３は、板状の光源支持部３１の長辺側の一端が、板状の連結部３３の一表面に連結され、板状の下面支持部３２の一長辺と板状の連結部３３の一長辺とが連結されて構成されている。

光源支持部３１は、板状の連結部３３の一表面のうち、端部ではなく中央側に、板状の光源支持部３１と板状の連結部３３とがほぼ直交するように、板状の連結部３３の長辺と平行に連結される。光源支持部３１の長辺側の長さは、筐体１の側面１３の長さとほぼ同じであり、短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの半分よりも短く設定される。この短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの６分の１程度が望ましい。

下面支持部３２は、図１の断面図に示すように、一方の長辺側の厚みよりも他方の長辺側の厚みの方が大きくなるように段階的に厚みを変えられている。なお、段階的にではなく、徐々に厚みを変えるようにしてもよい。下面支持部３２は、薄い方の長辺側において、板状の下面支持部３２と板状の連結部３３とがほぼ直交するように、連結部３３に連結される。このとき、下面支持部３２は、板状の連結部３３の、光源支持部３１が連結されているのと同じ表面側に突出するように連結される。下面支持部３２の長辺側の長さは、筐体１の側面１３の長さとほぼ同じであり、短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの半分よりも短く設定される。この短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの３分の１程度が望ましい。

連結部３３は、一方の長辺側に下面支持部３２が連結され、一表面のうち中央側に光源支持部３１が連結される。このため、下面支持部３２が連結されていない方の長辺側は、光源支持部３１よりも上面１１方向に突出した開放端となる。連結部３３の長辺側の長さは、筐体１の側面１３の長さとほぼ同じである。連結部３３の短辺側の長さは、筐体１の高さ、つまり側面１３および側面１４の高さとほぼ同じであることが望ましいが、これより短くてもよい。ただし、連結部３３の短辺側の長さは、筐体１内での下面１２からの光源ユニット２の設置高さよりも長く設定される。連結部３３において光源支持部３１が連結される位置は、光源支持部３１に支持されて設置される光源ユニット２が、望ましい設置高さに設置されるように設定される。

光源支持部３１、下面支持部３２、連結部３３は、一体に形成されてもよいし、別々に形成された後に溶接等により連結されてもよい。

第２の放熱板４は、板状をした第２の光源支持部４１の長辺側の一端と板状をした第２の下面支持部４２の長辺側の一端とが、板状をした第２の連結部４３の長辺側の両端にそれぞれ直交するように連結されて構成されている。

第２の光源支持部４１の長辺側の長さは、筐体１の側面１３の長さとほぼ同じであり、短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの半分よりも短く設定される。この短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの３分の１程度が望ましい。

第２の下面支持部４２は、板状をした第２の連結部４３の、第２の光源支持部４１が連結されているのと同じ表面側に突出するように連結される。第２の下面支持部４２の長辺側の長さは、筐体１の側面１３の長さとほぼ同じであり、短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの半分よりも短く設定される。この短辺側の長さは、筐体１の側面１４の長さの６分の１程度が望ましい。

第２の連結部４３の長辺側の長さは、筐体１の側面１３の長さとほぼ同じである。第２の連結部４３の短辺側の長さは、光源支持部３１と第２の光源支持部４１とが略同等の高さになるように設定される。

第２の光源支持部４１、第２の下面支持部４２、第２の連結部４３についても、放熱板３と同様、一体に形成されてもよいし、別々に形成された後に溶接等により連結されてもよい。

上述のように構成される一対２つの放熱板３は、下面支持部３２が下面１２に接し、連結部３３が一対の側面１３のそれぞれに対して接するように、筐体１内部に設置される。また、上述のように構成される一対２つの第２の放熱板４は、第２の連結部４３の、第２の光源支持部４１および第２の下面支持部４２がない方の面同士が向かい合い、第２の下面支持部４２が下面１２に接するように筐体１内部に設置される。このとき、図１の断面図のように、第２の放熱板４は下面１２の中央あたりに設置され、その両側に放熱板３が配置される。隣り合う放熱板３と第２の放熱板４の間、および隣り合う第２の放熱板４同士の間は、光源ユニット２の発熱によりそれぞれの部材が熱膨張した状態においても、互いに圧力を及ぼさない程度に距離があけられている。なお、ここで挙げた放熱板３および第２の放熱板４の長さは、あくまでも望ましい形態の例であって、放熱板３および第２の放熱板４のそれぞれの長さや相互の長さバランスは、これに限るものではない。

本実施形態においては、筐体１の内壁と放熱板３および第２の放熱板４との間に、黒鉛をシート状に加工したグラファイトシートを挟むか、または潤滑剤として用いられるシリコングリスを塗布するかして、これらの材料を図示しない高熱伝導率材料５として介在させる。グラファイトシートおよびシリコングリスは、双方とも、熱伝導率が比較的高い材料である。
放熱板３および第２の放熱板４は、高熱伝導率材料５（図示せず）ごしに筐体１の内壁に接する。あるいは、放熱板３および第２の放熱板４と筐体１の内壁とは直接接触させられ、この接触部分に生じる微細な間隙を、高熱伝導率材料５（図示せず）が埋める。

筐体１の内部に設置される放熱板３における光源支持部３１の上部側の面、および第２の放熱板４における第２の光源支持部４１の上面１１側の面には、光源ユニット２が設置されている。光源ユニット２は、両端を光源支持部３１に支持され、中央部分を第２の光源支持部４１に支持されるよう設置される。光源ユニット２は、図１、図２に示すように、複数のＬＥＤ光源２１１を有して構成されるＬＥＤ基板２１と、ＬＥＤ基板２１が設置される土台部２２とによって構成される。ＬＥＤ基板２１は、図のように複数あってもよいし、一つの大型基板としてもよい。

このように、本実施形態の照明装置の放熱構造は、筐体１の内壁に接する、断面が「ヒ」形状の放熱板３を用いる。この放熱構造は、光源ユニット２により、筐体１の内部に発生させられた熱を、放熱板３が筐体１に伝え、筐体１がその外面にて周空間の対流する空気に熱を伝えることによって放熱を行う。一般に、筐体が熱伝導率の高い材料で構成されている場合は、筐体そのものが筐体内部の空気から熱を直接受け取って外部空間へ放熱することもできるが、筐体の材料の熱伝導率があまり高くない場合には、筐体内部に熱がこもりがちになる。このような場合には、光源ユニットに直接触れる放熱板を設け、放熱の補助とすることが多い。本実施形態においても、光源ユニット２に直接触れる放熱板３を筐体１に接触させることによって、筐体１内部に発生する熱を、放熱板３経由で筐体１に伝える。このとき、本実施形態においては、筐体１の下面１２だけでなく筐体１の側面１３にも放熱板３を接触させるので、筐体１のより多くの面に内部空間の熱を伝えることができ、放熱効率の向上が期待できる。

また、本実施形態においては、放熱板３の下面支持部３２および連結部３３が、接している筐体１の面によって補強されている形となるので、より確実に光源ユニット２を支持することができる。

さらに、本実施形態においては、光源支持部３１が光源ユニット２に接し、下面支持部３２および連結部３３が筐体１に接するので、熱源と放熱先のどちらにも触れない部分が少ない構成となっている。このため、放熱板３の重量あたりの放熱効率がより高くなると期待できる。

本実施形態の照明装置の放熱構造は、放熱板３を対に備え、さらに断面が「コ」形状の第２の放熱板４を備える。これにより、光源ユニット２をより強力に支持することができる。また、光源ユニット２を、放熱板３だけでなく第２の放熱板４でも支持するので、光源ユニット２の背面における放熱板の接触面積を確保したまま、放熱板３の光源支持部３１の大きさ（短辺側の長さ）を小さくすることができる。つまり、部品を小さくすることが可能となるので、照明装置の規模によっては、コストダウンにつながる。

本実施形態の照明装置の放熱構造は、第２の放熱板４を対に備えるので、構造が対称となり、より安定して光源ユニット２を支持することができる。

この照明装置の放熱構造に用いられる筐体１はステンレス鋼を材料とし、放熱板３および第２の放熱板４はアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成される。このため、強度が高い筐体１および熱伝導率の高い放熱板を実現することができる。

さらに、本実施形態の照明装置の放熱構造は、筐体１内壁と放熱板３、または筐体１内壁と放熱板３および筐体１内壁と第２の放熱板４、との接触部分に、熱伝導率が筐体１の熱伝導率以上の高熱伝導率材料５（図示せず）を介在させる。これにより、筐体１内壁と放熱板３、第２の放熱板４との接触部分に生じる間隙を埋め、間隙を減少させることができる。間隙には、通常空気が存在し、これにより、放熱板３、第２の放熱板４からの筐体１への熱伝達の効率が悪くなることがある。本実施形態では、この間隙を減少させるので、より放熱の効率が上がると期待できる。

本実施形態においては、高熱伝導率材料５（図示せず）は、グラファイトシートまたはシリコングリスで形成されるので、容易に組み立てを行うことができる。

本実施形態の光源ユニット２は、ＬＥＤ光源２１１を有して構成される。長寿命のＬＥＤを用いることにより、メンテナンスの頻度を下げることが可能となり、照明装置が屋外や高所等に設置される場合には特に有効である。また、ＬＥＤは発光効率が比較的良く、さらに発光部分が比較的コンパクトであるので、省エネルギー、省スペースの実現が期待できる。さらに、ＬＥＤは調光や調色ができるように構成することができるので、光源を交換することなく光の色や明るさを変更することも可能である。

なお、本実施形態では、高熱伝導率材料５（図示せず）をグラファイトシートまたはシリコングリスとしているが、空気よりも熱伝導率か熱伝達率がよいものであれば他のものでもよい。

また、この高熱伝導率材料５（図示せず）を用いない構成としてもよい。

本実施形態においては、筐体１はステンレス鋼を材料とし、放熱板３はアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成されるが、これらの材料以外によって形成されてもよい。

本実施形態においては、第２の放熱板４を側面１４に沿う方向に、背中合わせに配置しているが、例えば図３のように、反対向きに設置してもよいし、図４のように、側面１３に沿う方向に並べてもよい。また、図５に第２の光源支持部４１側から見た平面図を示すが、例えば側面１３に沿う方向に並べられる場合、第２の連結部４３が側面１３と直交する（本実施形態もこの形状）ようにしてもよいし、第２の連結部４３が側面１３と平行になるようにしてもよい。第２の放熱板４は、一対でなく複数対あってもよい。また、対でなく、１つや３つなどでもよい。

第２の放熱板４は、本実施形態のような形状でなければならないわけではなく、例えば図６に示すような、Ｉ字鋼のような形状や、角筒を寝かせたような形状でもよい。

第２の放熱板４は、省略することも可能であり、図７に示すような、放熱板３のみの構成でもよい。

本実施形態では、放熱板３は一対設けられているが、図８に示すように、側面１３に沿う方向で複数に分割されて複数対あってもよい。また、図９に示すように、対でなく、片持ち状態でもよい。さらに、図１０に示すように、側面１３の一方の面側と他方の面側とで、長さ等の形状が異なる放熱板３を用いてもよい。

本実施形態においては、光源ユニット２はＬＥＤ光源２１１を有するが、ＬＥＤ以外の光源を用いて構成してもよい。

１ 筐体
２ 光源ユニット
２１１ ＬＥＤ光源
３ 放熱板
３１ 光源支持部
３２ 下面支持部
３３ 連結部
４ 第２の放熱板
４１ 第２の光源支持部
４２ 第２の下面支持部
４３ 第２の連結部

Claims (5)

1. 筐体の内部に光源ユニットと放熱板とを備える照明装置の放熱構造であって、
   前記放熱板は、前記光源ユニットの背面の一部に接する光源支持部と、前記筐体の内壁のうち前記光源ユニットの背面に対向する面に接する下面支持部と、前記筐体の内壁に接し、一端を前記下面支持部に連結された固定端とし、他端を前記光源支持部よりも前記光源ユニットの前面側にある開放端として、前記光源支持部と前記下面支持部とを連結する連結部と、を有し、
   前記放熱板を対に備えて、前記光源ユニットの対向する２端側の背面に前記光源支持部を接触させ、
   前記光源ユニットの背面のうち、前記光源支持部が接していない部分に接する第２の光源支持部を有する第２の放熱板を備え、
   前記第２の放熱板は、前記筐体の内壁の、前記光源ユニットの背面に対向する面のうち前記下面支持部が接していない部分に接する第２の下面支持部と、一端を前記第２の下面支持部に、他端を前記第２の光源支持部に連結されて、前記第２の光源支持部と前記第２の下面支持部とを連結する第２の連結部と、を有する
   ことを特徴とする照明装置の放熱構造。
2. 前記筐体はステンレス鋼を材料とし、前記放熱板はアルミニウムまたはアルミニウム合金を材料として形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置の放熱構造。
3. 前記筐体内壁と前記放熱板との接触部分に、熱伝導率が前記筐体の熱伝導率以上の高熱伝導率材料を介在させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置の放熱構造。
4. 前記高熱伝導率材料は、グラファイトシートまたはシリコングリスで形成される
   ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置の放熱構造。
5. 前記光源ユニットは、ＬＥＤ光源を有して構成される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置の放熱構造。

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