JP6150373B2 - Ｌｅｄ投光器 - Google Patents

Description

本発明は、放熱性に優れ、コンパクト化でき、品質の安定性に優れ、耐久性に優れた大光束の光源用に最適なＬＥＤ投光器に関する。

従来から、ＬＥＤは照明器具として用いられているが、ＬＥＤは熱を放熱し難いので、ＬＥＤから発生する熱を放熱するために照明器具の背面に大きなヒートシンクを備えなければならなかった。
これらの課題を解決するために、ヒートパイプを用いたＬＥＤ照明として、（特許文献１）には、「開口を有する金属ハウジングと、前記金属ハウジングの底部に設置され、該金属ハウジングの内周壁に沿って開口まで延出するヒートパイプと、前記ヒートパイプにおける、金属ハウジングの底部と対応する位置に設置されると共に、該金属ハウジングの開口から発光する少なくとも１つの発光ダイオードと、前記金属ハウジングの開口に取り付けられると共に、前記発光ダイオードが金属ハウジングの開口から発光できるように、前記発光ダイオードを露出させる孔を備えるカバーリングと、を有することを特徴とする発光ダイオードダウンライト」が開示されており、（特許文献２）には、「平らな底面を有すると共に、伝熱性を持つ底部と、伝熱性を持つ周壁と、内部に形成される密閉収容部と、前記密閉収容部の内部に設けられる複数のヒートパイプと、を備える中空ハウジングを具備し、各前記ヒートパイプは、湾曲状を呈し、前記底部の上面に設けられる吸熱部と、前記周壁の内周面に設けられる放熱部とを有することを特徴とする発光ダイオード照明器具用放熱装置」が、開示されており、（特許文献３）には、「凹面状をなす反射面と、その反射面の一部から突出するヒートパイプと、そのヒートパイプの先端部に取り付けられた熱伝導性に富む遮光部材と、その遮光部材に取り付けられて前記反射面に向かって光を照射するＬＥＤと、前記反射面の裏側に取り付けられてヒートパイプの基端部に熱的に接続される放熱部材と、を備えている反射型照明装置」が開示されている。
また、高天井の照明や投光器等の大光束の照明としてＬＥＤを用いる場合、基板上に複数のＬＥＤを備える必要がある。そのため、発熱によるＬＥＤの劣化を防ぐために、基板上のＬＥＤは間隔を広く開ける必要があるとともに、ＬＥＤの数が多いので、ヒートシンクも大きくする必要があった。

特開２０１１−８６５７６号公報 実用新案登録第３１７３９８２号公報 特開２００８−１０８７２１号公報

しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、金属ハウジングの一部のみが放熱面となるだけなので、金属ハウジングの全面を放熱面として有効に活用しきれておらず、特にハウジングが大きい場合は、放熱効率が非効率になり易いという課題を有していた。
（２）（特許文献１）及び（特許文献２）に開示の技術は、構造上、投光方向が鉛直下方向や水平方向の場合は、ヒートパイプの熱輸送効率が低く、ＬＥＤに蓄積する熱が放熱され難い。そのため、光源として大出力のＬＥＤを用いた場合や複数のＬＥＤを基板上に密集配置した場合等は、該基板に伝熱されるＬＥＤの熱が放熱され難く、基板に温度斑（温度ムラ）ができ易いので、高温化によりＬＥＤの発光効率が低下するとともに、ＬＥＤが劣化し易く、耐久性に欠けるという課題を有していた。
（３）（特許文献３）に開示の技術は、本体部材と、本体部材の反射面に向かって光を照射するＬＥＤが設置された遮光部材とを備え、ヒートパイプの一端が本体部材又は本体部材の裏側に取り付けられた放熱部材に接続されて取り付けられており、他端が遮光部材に接続されているので、鉛直下方向や水平方向に向けて使用してもヒートパイプの熱輸送効率は低下し難いが、光源として大出力のＬＥＤを用いた場合や複数のＬＥＤを基板上に密集配置した場合（マルチチップ型のＬＥＤ）、遮光部材が大きくなるので、反射部材の温度斑ができ、高温部のＬＥＤが劣化し易く、また、反射面からの反射光が遮光部材によって遮られ易くなるため、点光源として使用し難く、使用性に欠けるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ヒートシンクを備えなくとも放熱性に優れ、コンパクト化が可能であり、投光器の投光方向に関係なくＬＥＤが設置された基板に温度斑が発生し難いので、ＬＥＤの劣化が起き難く、耐久性に優れ、発光効率や品質安定性に優れ、マルチチップ型のＬＥＤ等の大光束の光源用に好適なＬＥＤ投光器を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のＬＥＤ投光器は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載のＬＥＤ投光器は、（ａ）基部と、前記基部に連設され内壁面に反射面が形成され外側に向け拡開された拡開部と、該拡開部の前記基部側又は前記基部の前記拡開部側に形設された平板部と、を有する本体部材と、（ｂ）前記平板部の前記拡開部側に配設され、前記拡開部側に１乃至複数個のＬＥＤが実装された基板と、（ｃ）前記本体部材が前記拡開部の外周面又は前記拡開部内に配設された少なくとも２以上の第１ヒートパイプと、（ｄ）前記本体部材の前記拡開部の内部若しくは外周面又は前記拡開部の外周面に覆設された放熱部材の内周面側若しくは外周面側において前記第１ヒートパイプと略直交する位置に配設される第３ヒートパイプと、を備え、（ｅ）前記第１ヒートパイプの一端部が前記平板部における前記基板の前記ＬＥＤの実装面の反対面側に配設され、前記第１ヒートパイプの他端部が前記拡開部の拡径側に向かって沿設されている構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）第１ヒートパイプによってＬＥＤの熱を本体部材の拡開部に伝熱するので、本体部材における基板のＬＥＤの実装面の反対面側にヒートシンクを備える必要が無く、投光器をコンパクトにし、軽量化することができる。
（２）第１ヒートパイプの一端部が基板のＬＥＤの実装面の反対面側に配設されているため、ＬＥＤから発生し基板に伝熱された熱を分散させることができ、基板上の熱を均一化し易く、発熱量の多い大出力のＬＥＤが密集して配設された場合等においても、基板に温度斑が発生し難く、高温化によるＬＥＤの劣化を防止することができる。
（３）第１ヒートパイプの他端部が本体部材の拡開部の先端付近にまで配設することで、本体部材の全体を放熱面として活用できるようにし、効率的に冷却することができる。
（４）ＬＥＤの光が直接照射されるので、遮光部材等によって光がさえぎられることがなく、大光束の光源として使用することができる。
（５）本体部材の内部又は背面において、第１ヒートパイプが輸送した熱を第１ヒートパイプと略直交した位置に配設された第３ヒートパイプが、本体部材に広げるので、ＬＥＤの熱を本体部材に効率よく分散させることができ、本体部材からの放熱効果を高めることができる。
（６）第３ヒートパイプが、本体部材の拡開部の内部又は外周面や放熱部材の内周面側又は外周面側において第１ヒートパイプと略直交した位置に配設されているので、第１ヒートパイプが輸送した熱を本体部材や放熱部材の全体に分散させることができ、ＬＥＤから発生する熱を、効率よく放熱することができる。
第３ヒートパイプは、第１ヒートパイプと略直交して本体部材に配設することができれば、形状や大きさは特に限定されず、螺旋状やリング状、ドーナツ状等のヒートパイプを用いることができる。ヒートパイプの形状としては、管状又は扁平管状のものが好適に用いられる。
第３ヒートパイプは、第１ヒートパイプと同様に、本体部材の外周面又は内部に収容部を形成し配設しても良いし、背面に溶接等の方法で固定して配設しても良い。
第３ヒートパイプの直径や短径は、ＬＥＤ投光器の大きさや第３ヒートパイプの構造等によって異なるが、数ｍｍ〜十数ｍｍであることが好ましい。

ここで、本体部材としては、熱伝導性に優れる素材を用いることができれば、素材は特に限定されず、アルミニウムや銅等の金属又はこれらを含む合金等を用いることができる。

本体部材の拡開部は、内壁面に、鏡面処理やめっき，乳白色の耐熱塗料を塗布する等の方法で反射面が形成される。

熱伝導性本体部材の基部としては、基板を固定する為の螺子孔や、基板への配線を通す為の挿通口等を設けることができれば、特に構造は限定されない。
また、基部と基板の間には、接触熱抵抗を小さくする為に、半流動性の潤滑材や高分子シート、金属を含有したパテ等の熱伝導材料（サーマルインターフェースマテリアル（ＴＩＭ））を設けることが好ましい。この場合、基板が配設される平板部の接触面は、平滑度が高く、面粗さが小さくすることが望ましい。

基板に配設されるＬＥＤとしては、種類は特に限定されない。例えば、水難捜索用の水中サーチライトや屋外での大光束投光器、体育館等の高天井の照明等に用いる場合、ＬＥＤを複数配置し、数万〜数十万ｌｍの光源とされる。

第１ヒートパイプの形状としては、管状又は扁平管状であることが好ましい。第１ヒートパイプの直径や短径は、ＬＥＤ投光器の大きさや第１ヒートパイプの構造等によって異なるが、数ｍｍ〜十数ｍｍであることが好ましい。
また、第１ヒートパイプの構造としては特に限定されず、素材としては、銅やアルミニウム、鉄、マグネシウム等の金属やこれらを含む合金等、任意のものを使用することができ、作動液としては、水やアルコール、アンモニア等の任意のものを用いることができる。
第１ヒートパイプのウィックの構成も特に限定されず、任意のものを用いることができる。
第１ヒートパイプの配設方法としては、本体部材や拡開部の外周面又は拡開部内に配設できれば方法は特に限定されず、本体部材の拡開部と基部の界面から基板のＬＥＤ実装面とは反対面側に向かって伸びた嵌着孔に第１ヒートパイプの一端部側を挿通し、該第１ヒートパイプの他端部を拡開部外周面に形設された嵌着溝（開溝部）に配設しても良いし、他端部側は、拡開部外周面に溶接等の方法で固定して配設しても良い。

本体部材は、少なくとも外周面を覆うように断熱部やケーシングを設けても良い。投光器は、スポットライト等のように人間が直接掴んで動かすこともあるため、断熱部やケーシングを設けることにより火傷等の危険を回避することができる。

投光器を傾けて使用する際、投光器の上部側と下部側に配設された第１ヒートパイプには、熱輸送効率に差が生じる。この時、投光器の下部側に配設される第１ヒートパイプの数を増やす等し、配列のピッチを小さくすることで、上部側に配設された第１ヒートパイプよりも熱輸送効率の低い下部側の熱輸送効率を第１ヒートパイプの密度で補い、基板の温度斑を発生し難くすることができる。
第１ヒートパイプの配列ピッチは、予めピッチを調整した状態で製造しても良い。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＬＥＤ投光器であって、前記平板部が、前記基板の前記ＬＥＤの実装面の反対面側の前記第１ヒートパイプの前記基板側又は前記基部側に配設された均熱部を備える構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え以下のような作用が得られる。
（１）基板のＬＥＤの実装面の反対面側に均熱部を備えるので、ＬＥＤから発生した熱が均熱部で均熱化され、基板の温度斑が発生し難いので、ＬＥＤの発光効率の低下や劣化を防ぐことができる。
（２）ＬＥＤ投光器を傾けた状態で使用し、第１ヒートパイプの熱輸送効率に差が出たとしても、熱は均熱部で分散され均熱化されるので、基板に温度斑が発生し難く、ＬＥＤ投光器の光の投光方向（ＬＥＤ投光器の傾斜）に関係なく使用する事ができ、汎用性に優れる。

ここで、均熱部としては、基板の熱を分散できればどのようなものでも良く、アルミニウムや銅等の金属又はこれらの合金を用いた均熱板やヒートパイプ等を用いることができ、これらを組み合わせて用いても良い。
均熱板の厚さやヒートパイプの直径又は短径は、ＬＥＤ投光器の大きさや均熱部の構造や材質等にもよるが、数ｍｍ〜十数ｍｍであることが好ましい。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のＬＥＤ投光器であって、前記均熱部が、平板状又はリング状，ドーナツ状若しくは蛇行ループ状の第２ヒートパイプで形成されている構成を有している。
この構成により、請求項２の作用に加え以下の作用を有している。
（１）均熱部がヒートパイプやベーパーチャンバーで形成されているので、熱が輸送され易く、均熱部において、ＬＥＤから発生する熱をより効率的に分散でき、均熱性に優れるので、基板の温度斑を小さくすることができる。

ここで、均熱部を形成する第２ヒートパイプとしては、その形状は基板の熱を均一にするため、ベーパーチャンバー等の平板状のヒートパイプやリング状，ドーナツ状若しくは蛇行ループ状のヒートパイプ等を用いることが好ましい。特に、平板状のヒートパイプは、基板の背面全体に接することができるので、基板の温度斑が発生し難く好ましい。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載のＬＥＤ投光器であって、前記第１ヒートパイプの前記一端部の先端が、前記基板の中心からずらした吸熱中心点に集中して配設されている構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３のいずれか１の作用に加え以下の作用を有している。
（１）第１ヒートパイプの一端部の先端が基板の中心からずらした吸熱中心点に集中して配設されているので、ＬＥＤ投光器を傾けて照射する際に、吸熱中心点がＬＥＤ投光器の平板部において下側にくるようにすることで、放熱効率の低下を防ぐことができる。

ヒートパイプは熱源の位置によって熱輸送効率が変わるため、ＬＥＤ投光器を水平方向に傾けた場合、第１ヒートパイプが基板の中央を中心として均等に配置されていると、ＬＥＤ投光器の上部側と下部側の第１ヒートパイプの熱輸送効率の違いによって、基板に温度斑が発生し易くなる。そのため、第１ヒートパイプの一端部の先端を、基板の背面において投光器の下側に来るように調整する（吸熱中心点を基板の中心から下側に移動させる）ことで、温度斑の発生を防ぎ、基板の温度を均一にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１に記載のＬＥＤ投光器であって、前記本体部材が、前記拡開部の外周面に１乃至複数のフィンを備える構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の作用に加え以下の作用を有している。
（１）本体部材の拡開部の外周面にフィンを備えるので、本体部材の拡開部背面の表面積を大きくすることができるとともに、背面を流れる流体の流れに乱れを生じさせることができ、本体部材の放熱効果を高めることができる。
（２）流体の流れに対してフィンの背面側に第１ヒートパイプを配設することで、フィンによって形成される乱れが第１ヒートパイプを効率よく冷却することができ、第１ヒートパイプの熱輸送効率を高めることができる。

拡開部の外周面に立設されるフィンとしては、表面積を大きくできればどのような形状でもよく、棒状や突状，突起状，網目状等の任意のフィンやこれらの組み合わせを用いることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の内いずれか１に記載のＬＥＤ投光器であって、前記本体部材が、前記放熱部材と前記本体部材の間に形成された流体導入部と、を備える構成を有している。
この構成により、請求項１乃至５の作用に加え以下の作用を有している。
（１）拡開部の背面に放熱部材が覆設されているので、第１ヒートパイプが本体部材の背面に配設されている場合、該ヒートパイプで輸送された熱を本体部材だけではなく、放熱部材にも輸送することができ、ＬＥＤから発生する熱を効率よく放熱することができる。
（２）放熱部材と本体部材の間に形成された流体導入部を備えるので、ドラフト効果（煙突効果）で、放熱部材と本体部材の間の空間に滞留した暖かい流体を排出し、冷たい流体を常に取り込むことができるので、放熱効率を高めることができる。
（３）投光器の基部側にファンを備え、流体をファンで強制的に流体導入部へ送り込むことで、冷却効率を高めることもできる。

ここで、放熱部材の素材としては、本体部材と同様のものを用いることができ、銅やアルミニウムや等の金属又はこれらを含む合金等を用いることができる。
また、放熱部材は、本体部材との二層構造に限られず、拡開部の外周面に複数段配設し、多層構造としても良い。これにより、放熱効果を更に高めることができる。

放熱部材は、本体部材の拡開部と同様に、いずれかに立設されたフィンを形成しても良い。また、放熱部材にフィンを設ける場合、放熱部材の外周面に設けても良いし、流体導入部側の内周面に設けても良い。拡開部の外周面及び放熱部材の内周面にフィンが形成される場合、流体導入部に導入される外気や水等の流体との接触面積が拡大し、放熱効果を高めることができる。

以上のように、本発明のＬＥＤ投光器によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）コンパクト化が可能であり、ＬＥＤから発生する熱を効率的に冷却することができ、大光束の光源として使用することができるＬＥＤ投光器を提供することができる。
（２）第１ヒートパイプで輸送された熱を第３ヒートパイプで本体部材に効率よく分散させることができ、放熱効果に優れるＬＥＤ投光器を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）基板に温度斑が発生し難く、高温化によるＬＥＤの劣化を防ぐとともに、投光器の光の投光方向に関係なく使用でき、汎用性に優れるＬＥＤ投光器を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２の効果に加え、
（１）均熱性に優れ、基板の温度斑を小さくすることができるＬＥＤ投光器を提供することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の効果に加え、
（１）投光器の向きによる熱輸送効率の低下を防ぐことができるＬＥＤ投光器を提供することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の効果に加え、
（１）拡開部背面の表面積を大きくすることができ、流体の流れに乱れを生じさせることができ、放熱効果の高いＬＥＤ投光器を提供することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の効果に加え、
（１）第１ヒートパイプで輸送された熱を効率よく放熱することができ、放熱効率の高いＬＥＤ投光器を提供することができる。

実施の形態１のＬＥＤ投光器の分解斜視図 （ａ）実施の形態１のＬＥＤ投光器の正面図（ｂ）実施の形態１のＬＥＤ投光器の背面図 （ａ）図２（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図（ｂ）図３（ａ）の要部拡大図 実施の形態２のＬＥＤ投光器の背面図 （ａ）図４におけるＢ−Ｂ線矢視断面図（ｂ）図４におけるＣ−Ｃ線矢視断面図 実施の形態２のＬＥＤ投光器の要部拡大図 実施の形態２のＬＥＤ投光器を備えた照明装置の斜視図 （ａ）平板状の第２ヒートパイプの平面図（ｂ）図８（ａ）の要部断面図 （ａ）リング状の第２ヒートパイプの平面図（ｂ）図９（ａ）の要部断面図（ｃ）ドーナツ状の第２ヒートパイプの平面図（ｄ）図９（ｃ）の要部断面図 蛇行ループ状の第２ヒートパイプの平面図

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）参考例
図１は実施の形態１のＬＥＤ投光器の分解斜視図であり、図２（ａ）は実施の形態１のＬＥＤ投光器の正面図であり、図２（ｂ）は実施の形態１のＬＥＤ投光器の背面図であり、図３（ａ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線矢視断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部拡大図である。
図１において、１は実施の形態１のＬＥＤ投光器、２はＬＥＤ投光器１を形成し基部７及び拡開部２ａで形成されたアルミニウム製の本体部材、４は本体部材２の基部７（図３）に形設された平板部７ｄ（図３）の拡開部２ａ側の略中央に配設された基板、５は基板４の反射面３側の略中央に複数配設されたＬＥＤ、６は基部７の基板４のＬＥＤ５の実装面の反対側の嵌着孔６ｂに一端部側が挿通され、本体部材２の拡開部２ａの外周面に放射状に形成された嵌着溝６ａに他端部側が配設された直径６〜８ｍｍの管状の第１ヒートパイプ、７は本体部材２の背面側に形成された凹部７ａ（図３）と、凹部７ａ内に形設されたＬＥＤ５の電極を通す挿通口７ｂ（図３）及び基板４や均熱部８（図３）を固定する螺子等の止め具７ｃ（図２）を備えた基部である。図２において、３は本体部材２の拡開部２ａの内壁面をめっきして形成され基板４の平行面に対して約３０度の傾斜を有する反射面、である。図３において、８は銅等の熱導電性に優れた金属板等で形成され、基板４のＬＥＤ５の実装面の反対面と第１ヒートパイプ６の一端部の間に配設された均熱部である。

実施の形態１において、本体部材２には、材質としてアルミニウムを用いているが、熱伝導性に優れる素材であれば良く、銅やアルミニウム等の金属やこれらの金属を含む合金等を用いることもできる。
また、本体部材２の内壁面は、めっきの他、鏡面処理や乳白色の耐熱塗料を塗布する等され、ＬＥＤ５の発する光を反射する反射面３が形成される。

基板４のＬＥＤ５の実装面の反対面に設けられた均熱部８は、銅やアルミニウム等の金属又はこれらの金属を含む合金で形成された金属板、平板状やリング状，ドーナツ状のヒートパイプ、ベーパーチャンバー等を用いることができる。

均熱部８は、基板４のＬＥＤ５の実装面とは反対面に接するように配設されているが、第１ヒートパイプ６を基板４と均熱部８で挟持するように配設しても良い。

第１ヒートパイプ６は、本体部材２の拡開部２ａの外周面に形成された嵌着溝６ａに配設されているが、第１ヒートパイプ６の配設方法は特に限定されない。
また、第１ヒートパイプ６の間隔や数も特に限定されない。
本実施の形態で第１ヒートパイプ６の構成は、素材が銅合金製であり、作動液は水とし、ウィックはリップルウィックを用いている。

以上のように構成された本発明の実施の形態１におけるＬＥＤ投光器１について、以下その放熱過程を図３（ｂ）を用いて説明する。
まず、ＬＥＤ５が点灯することで、ＬＥＤ５から発生した熱が基板４におけるＬＥＤ５の実装面に伝熱される。伝熱された熱は、基板４のＬＥＤ５の実装面の反対面に接触している均熱部８や第１ヒートパイプ６によって分散され、基板４の温度斑の発生を防ぐ。
次に、均熱部８で分散された熱は、均熱部８における基板４との接触面の反対面に接触した第１ヒートパイプ６の一端部に伝熱される。第１ヒートパイプ６の一端部に伝熱された熱は、第１ヒートパイプ６内の作動液を気化し、気化した作動液は第１ヒートパイプ６の他端部に向かって移動する。
次いで、第１ヒートパイプ６は本体部材２の拡開部２ａに接触しているので、作動液は、他端部に移動しながら、拡開部２ａに作動液の熱が伝熱し、本体部材２に分散された熱は、の周囲を流れる流体に放熱される。

以上のように、本実施の形態１のＬＥＤ投光器１は構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）第１ヒートパイプ６によってＬＥＤ５の熱を本体部材２に伝熱するので、本体部材２の背面にヒートシンクを備える必要が無く、ＬＥＤ投光器１をコンパクト化することができる。
（２）複数の第１ヒートパイプ６の一端部が基板４のＬＥＤ５の実装面の反対面側に配設されているため、ＬＥＤ５から発生し基板４に伝熱された熱を素早く分散させることができ、基板４上の熱を均一化し易く、ＬＥＤ５が密集したＬＥＤ投光器１においても、基板４で温度斑が発生するのを防ぎ、高温化によるＬＥＤ５の劣化を防止することができる。
（３）第１ヒートパイプ６の他端部が本体部材２の拡開部２ａの先端付近にまで配設されているので、本体部材２の全体を使って放熱され易く、放熱面積が広いので、効率的に冷却することができる。
（４）基板４のＬＥＤ５の実装面の反対面に均熱部８を備え、ＬＥＤ５から発生した熱が均熱部８で均熱化されるので、基板４に温度斑の発生を防ぎつつ放熱することができ、ＬＥＤ５の発光効率の低下や劣化を防ぐことができる。
（５）ＬＥＤ投光器１が水平方向に傾いた状態で使用されることで、第１ヒートパイプ６の設置場所によって熱輸送効率に差が出たとしても、基板４の熱は均熱部８で均熱化されているので、ＬＥＤ投光器１の投光方向（傾き）に関係なく、基板４に温度斑が発生し難い状態で放熱することができる。

（実施の形態２）
図４は実施の形態２のＬＥＤ投光器の背面図であり、図５（ａ）は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図であり、図５（ｂ）は図４のＣ−Ｃ線矢視断面図であり、図６は実施の形態２のＬＥＤ投光器の要部拡大図である。
尚、実施の形態１と同様のものには同様の符号を付け、説明は省略する。
図４において、１０は実施の形態２のＬＥＤ投光器、１１は本体部材２の拡開部２ａの外周面に覆設されたアルミニウム製等の放熱部材、１１ａは本体部材２の拡開部２ａと放熱部材１１との間隙によって形設された流体導入部、１１ｃは放熱部材１１を拡開部２ａに固定するために放熱部材１１の外周面側から複数配設された放熱部材固定具、１２は吸熱中心点Ｘを中心に本体部材２の拡開部２ａ側に向かって放射状に形設され，吸熱中心点Ｘを中心点とした平板部７ｄの吸熱中心点Ｘより下部側の第１ヒートパイプ６の拡開角度が上部側の拡開角度よりも小さくなるように配設された嵌着溝、１４は本体部材２の拡開部２ａに外周壁から穿設された溝部１４ａ（図５）に収容され第１ヒートパイプと略直交するように配設された第３ヒートパイプ、Ｘは第１ヒートパイプ６の一端部が集中して配設される吸熱中心点である。実施の形態２のＬＥＤ投光器１０は、投光方向を略水平にして利用される水平型であるので、吸熱中心点Ｘは、平板部７ｄの下部側に位置している。
また、図５において、１３は本体部材２に配設された基板４のＬＥＤ５の実装面の反対面に接触し且つ第１ヒートパイプ６の一端部が接触するように配設された平板状の第２ヒートパイプ、１５は本体部材２の外壁面と放熱部材１１の内壁に複数個立設された突状や突起状のフィンである。

実施の形態２において、放熱部材１１の素材は、本体部材２と同様に、熱伝導性に優れる素材であれば特に限定されず、アルミニウムや銅等の金属又はこれらを含む合金等が用いられる。また、放熱部材１１は多層構造にしても良い。

第１ヒートパイプ６は、等間隔に配設しなくとも良く、配設する数も限定されない。
第２ヒートパイプ１３としては、基板４の温度斑をなくすことができれば特に限定されず、ベーパーチャンバー等の平板状のヒートパイプ，リング状やドーナツ状，蛇行ループ状のヒートパイプを用いることができる。
また、第３ヒートパイプ１４は拡開部２ａの溝部１４ａに収容されているが、拡開部２ａや放熱部材１１の外周面に配設しても良く、配設する間隔も等間隔でなくても良い。例えば、基板４側の第３ヒートパイプ１４の間隔が密になるように複数の第３ヒートパイプ１４を備えても良い。

本体部材２の拡開部２ａや放熱部材１１に配設されるフィン１５は、突状のピンフィンを用いているが、フィン１５の形状や大きさや長さ、高さ、配置は特に限定されない。

流体導入部１１ａの間隙は、拡開部２ａの大きさや配設されるフィン１５の大きさ等にもよるが、数ｍｍ〜十数ｍｍに形成される。

図７は実施の形態２のＬＥＤ投光器１０を備えた照明装置の斜視図である。
尚、実施の形態２と同様のものには同様の符号を付け、説明は省略する。
図７において、１６は椀状の断熱部１６ａにＬＥＤ投光器１０を備える照明装置、１６ｂは断熱部１６ａの縮径側に連設した照明装置１６の胴体部、１６ｃはＬＥＤ投光器１０のケーブル、１６ｄは照明装置１６の外周面の上部側に配設された取手部、１７は照明装置１６の断熱部１６ａの拡径部側に格子部固定具１７ａで固定された格子部である。

図７において、ＬＥＤ投光器１０は基板４の吸熱中心点Ｘ側が、照明装置１６の下部側に来るように配設されており、投光方向が水平方向に傾いた状態で使用される。
これにより、熱源の位置が上部側にある場合に熱輸送効率が低下する第１ヒートパイプ６において、熱輸送効率の低い下部側の第１ヒートパイプ６の配置密度が高くなるとともに、熱輸送効率の高い上部側の第１ヒートパイプ６が多くの熱を輸送することができるので、基板４に熱輸送効率の差による温度斑が発生し難くなり、ＬＥＤ投光器１０の投光方向に関係なく、第１ヒートパイプ６による基板４の均熱化に差が生じ難くなり、基板４上の温度斑の発生を防ぐことができる。
また、断熱部１６ａや格子部１７を備え、照明装置１６の投光方向は、取手部１６ｄで操作することができるので、ＬＥＤ投光器１０が高温になった場合でも、使用者が火傷等を負う危険性が少ない。

以上のように構成された本発明の実施の形態２におけるＬＥＤ投光器１０について、以下その放熱過程を図６を用いて説明する。
まず、ＬＥＤ５が点灯することで、基板４におけるＬＥＤ５の実装面に、ＬＥＤ５から発生した熱が伝熱される。伝熱された熱は基板４のＬＥＤ５の実装面の反対面に接触している第２ヒートパイプ１３や第１ヒートパイプ６によって分散され、基板４の温度斑の発生を防ぐ。
次に、第２ヒートパイプ１３で分散された熱は、第２ヒートパイプ１３における基板４との接触面とは反対面で接触した第１ヒートパイプ６の一端部に伝熱される。第１ヒートパイプ６の一端部に伝熱された熱は、第１ヒートパイプ６内の作動液を気化し、気化した作動液は第１ヒートパイプ６の他端部に向かって移動する。
次いで、作動液は、他端部に移動しながら、第１ヒートパイプ６が接触している本体部材２の拡開部２ａ及び放熱部材１１に熱を伝熱し、拡開部２ａに伝熱された熱は、第３ヒートパイプ１４によって、拡開部２ａ全体に効率的に熱輸送される。
更に、放熱部材１１に形成された流体導入部１１ａから外気や水等の流体が拡開部２ａと放熱部材１１の間の空間に導入され、導入された流体の流れをフィン１５で乱し、拡開部２ａ及び放熱部材１１と流体の接触効率を高め、効率よく熱が外部に放熱される。

以上のように、本実施の形態２のＬＥＤ投光器１０は構成されているので、実施の形態１のＬＥＤ投光器１に加え、以下のような作用が得られる。
（１）均熱部１８が第２ヒートパイプ１３であるため、基板４の熱が均熱化され易く、基板４の熱をより効率良く分散し、温度斑を小さくすることができる。
（２）第１ヒートパイプ６の一端部が基板４の中心からずらした吸熱中心点Ｘに集中して配設されているので、ＬＥＤ投光器１０を水平方向に傾けて照射する際に、吸熱中心点Ｘが平板部７ｄにおいて下側に向くようにすることで、熱輸送効率の高い上部側に配設された第１ヒートパイプ６に多くの熱を輸送させることができ、基板４の温度斑を防ぎ、高温化によるＬＥＤ５の故障等を防ぐことができ、ＬＥＤの耐久性を向上させ、放熱効率を高めることができる。
（３）本体部材２の拡開部２ａの外周面にフィン１５を備えるので、拡開部２ａの外周面の表面積を大きくすることができるとともに、外周面を流れる流体の流れに乱れを生じさせることができ、本体部材２の放熱効果を高めることができる。
（４）流体（空気や水）の流れに対してフィン１５によって発生する流体の乱れが第１ヒートパイプ６を効率よく冷却することができ、第１ヒートパイプ６の熱輸送効率を高めることができる。
（５）拡開部２ａの外周面に放熱部材１１が覆設されているので、第１ヒートパイプ６の熱を本体部材２だけではなく、放熱部材１１にも輸送することができ、ＬＥＤ５から発生する熱を効率よく放熱することができる。
（６）放熱部材１１と本体部材２の間に形成された流体導入部１１ａを備えるので、放熱部材１１と本体部材２の間の空間に溜まった暖かい流体を排出し、冷たい流体を常に取り込むことができ、放熱効率を高めることができる。
（７）本体部材２の内部又は背面において、第１ヒートパイプ６が輸送した熱を、第１ヒートパイプ６と略直交した位置に配設された第３ヒートパイプ１４によって、本体部材２に広げるので、ＬＥＤ５の熱を本体部材２に効率よく分散させることができ、本体部材２の放熱効果を高め、各ヒートパイプによるＬＥＤ５から発生する熱の熱輸送効率を高めることができる。

図８乃至１０に第２ヒートパイプの概要図を示す。
図８（ａ）は平板状の第２ヒートパイプの平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の要部断面図であり、図９（ａ）はリング状の第２ヒートパイプの平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の要部断面図であり、図９（ｃ）はドーナツ状の第２ヒートパイプの平面図であり、図９（ｄ）は図９（ｃ）の要部断面図であり、図１０は蛇行ループ状の第２ヒートパイプの平面図である。
図８、図９、図１０において、２０（２０’，２０’’，２０’’’）は第２ヒートパイプ、２１（２１’，２１’’）は第２ヒートパイプ２０のケーシング、２２（２２’，２２’’）はケーシング２１の内部に配設されたウィック、２３（２３’，２３’’）は第２ヒートパイプに形設された作動液通路である。
図１０の蛇行ループ状の第２ヒートパイプ２０’’’において、その形状は、図９のループ状の第２ヒートパイプ２０’やドーナツ状の第２ヒートパイプ２０’’の断面形状と同様に、管状や扁平管状のどちらであっても良い。

これら、第２ヒートパイプ２０，２０’，２０’’，２０’’’は、銅やアルミニウム等の金属板と比べ、高い均温化性能と小型・軽量化が期待できるため好ましい。

本発明は、ヒートシンクを備えなくとも放熱性に優れ、コンパクト化が可能であり、投光器の投光方向に関係なくＬＥＤが設置された基板に温度斑が発生し難いので、ＬＥＤの劣化が起き難く、発光効率や品質安定性に優れ、マルチチップ型のＬＥＤや大光束のＬＥＤ等を光源として使用することができるＬＥＤ投光器を提供することができる。

１ ＬＥＤ投光器
２ 本体部材
２ａ 拡開部
３ 反射面
４ 基板
５ ＬＥＤ
６ 第１ヒートパイプ
６ａ 嵌着溝
６ｂ 嵌着孔
７ 基部
７ａ 凹部
７ｂ 挿通口
７ｃ 止め具
７ｄ 平板部
８ 均熱部
１０ ＬＥＤ投光器
１１ 放熱部材
１１ａ 流体導入部
１１ｃ 放熱部材固定具
１２ 嵌着溝
１３ 第２ヒートパイプ
１４ 第３ヒートパイプ
１４ａ 溝部
１５ フィン
１６ 照明装置
１６ａ 断熱部
１６ｂ 胴体部
１６ｃ ケーブル
１６ｄ 取手部
１７ 格子部
１７ａ 格子部固定具
Ｘ 吸熱中心点
２０，２０’，２０’’，２０’’’ 第２ヒートパイプ
２１，２１’，２１’’ ケーシング
２２，２２’，２２’’ ウィック
２３，２３’，２３’’ 作動液通路

Claims (6)

1. （ａ）基部と、前記基部に連設され内壁面に反射面が形成され外側に向け拡開された拡開部と、該拡開部の前記基部側又は前記基部の前記拡開部側に形設された平板部と、を有する本体部材と、
   （ｂ）前記平板部の前記拡開部側に配設され、前記拡開部側に１乃至複数個のＬＥＤが実装された基板と、
   （ｃ）前記本体部材が前記拡開部の外周面又は前記拡開部内に配設された少なくとも２以上の第１ヒートパイプと、
   （ｄ）前記本体部材の前記拡開部の内部若しくは外周面又は前記拡開部の外周面に覆設された放熱部材の内周面側若しくは外周面側において前記第１ヒートパイプと略直交する位置に配設される第３ヒートパイプと、を備え、
   （ｅ）前記第１ヒートパイプの一端部が前記平板部における前記基板の前記ＬＥＤの実装面の反対面側に配設され、前記第１ヒートパイプの他端部が前記拡開部の拡径側に向かって沿設されていることを特徴とするＬＥＤ投光器。
2. 前記平板部が、前記基板の前記ＬＥＤの実装面の反対面側の前記第１ヒートパイプの前記一端部の前記基板側又は前記基部側に配設された均熱部を備えること特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ投光器。
3. 前記均熱部が、平板状、リング状，ドーナツ状若しくは蛇行ループ状の第２ヒートパイプで形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ投光器。
4. 前記第１ヒートパイプの前記一端部の先端が、前記基板の中心からずらした吸熱中心点に集中して配設されていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に記載のＬＥＤ投光器。
5. 前記本体部材が、前記拡開部の外周面に１乃至複数のフィンを備えることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１に記載のＬＥＤ投光器。
6. 前記本体部材が、前記放熱部材と前記本体部材の間に形成された流体導入部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１に記載のＬＥＤ投光器。

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