JP6480117B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光に伴う温度上昇を抑えるための放熱構造を備えたＬＥＤ照明装置に関するものである。

近年、白熱電球や蛍光灯に替わって、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）を光源とする照明装置が多く用いられるようになってきた。このようなＬＥＤ照明装置は、基板上にＬＥＤを実装封止した発光部と、この発光部を収容するための装置本体とを備えている。

このようなＬＥＤ照明装置は、照明範囲や照明目的に応じて発光輝度が設定され、高輝度タイプのものになると、ＬＥＤを数十個単位で使用される場合がある。このため、前記ＬＥＤに多くの電流が流れる結果、発光部全体の発熱量も比例して多くなる。

前記発光部の発熱に対しては、装置本体を放熱性の高い材料で形成したり、ヒートシンクなどの放熱部を設けたりするなどして温度上昇を抑えるようにしている（特許文献１）。また、前記発光部における放熱性を高めるため、ファンによって発生させた風を当てることで温度上昇を抑えるように構成されたものもある。

また、特許文献２には、ヒートパイプの円筒表面をＬＥＤ実装部として形成されたＬＥＤ発光装置が開示されている。前記ヒートパイプは、ヒートシンクに連結することで、ＬＥＤ実装部で発生した熱を放熱させることができる。

特開２００８−３０６０８４号公報 特開２０１３−１６５１８２号公報

上記発光部の温度上昇を抑えるための放熱構造としては、ファンによって外部から強制的に風を送り込むことで放熱効率の向上効果を得ることが可能であるが、ファンを設けるスペースが必要となるため、ＬＥＤ照明装置の小型化が図れない。また、ファンを駆動させた際に発生する騒音の影響も問題となる。

一方、ヒートパイプを用いた放熱構造では、ＬＥＤの実装形態が限定されてしまい、用途に合わせた照明効果が得られなくなると共に、照明装置としてのデザインの自由度が制限されることとなる。

そこで、本発明の目的は、発光部が搭載される各種の装置本体に合わせて組み込むことができると共に、前記発光部で発生する熱を効率よく吸収し、放出させることのできるＬＥＤ照明装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤ照明装置は、発光部と、この発光部から発する熱を放出する放熱部とを備えたＬＥＤ照明装置において、前記放熱部は、熱輸送媒体が封入された密閉空間を有する断熱容器を備え、前記断熱容器は、前記熱輸送媒体を溜める底部と、前記発光部から発する熱を吸収した前記熱輸送媒体を外部に放熱し、前記底部から離れるにしたがって内壁面が内側に傾斜する側壁部とを備え、前記底部の外壁面に前記発光部が配置されると共に、前記側壁部が装置本体の外側面を形成することを特徴とする。

本発明に係るＬＥＤ照明装置によれば、発光部から発する熱によって、断熱容器内に封入されている熱輸送媒体が液化状態から気化状態に遷移するので、吸熱及び放熱の効率を高めることができる。これによって、前記発光部の温度上昇を一定に抑えることができる。また、前記発光部の発熱量に応じて、熱輸送媒体の液化と気化の循環サイクルが密閉した断熱容器内で連続して発生するため、発光部の温度管理を自動化させることができる。

第１実施形態のＬＥＤ照明装置の斜視図である。 第１実施形態のＬＥＤ照明装置の断面図である。 第２実施形態のＬＥＤ照明装置の斜視図である。 第２実施形態のＬＥＤ照明装置の断面図である。

図１及び図２は本発明に係る第１実施形態のＬＥＤ照明装置１１を示したものである。このＬＥＤ照明装置１１は、従来の電球型の照明装置に合わせて形成され、電気接続部１９を一端に有する装置本体（放熱部）１２と、この放熱部１２に搭載される発光部１３とを備えている。前記放熱部１２は、前記発光部１３から発する熱を吸収し、放熱させるための構造を備えている。また、前記発光部１３は、透光性の樹脂やガラスからなるフード部１７で覆われている。なお、本実施形態のＬＥＤ照明装置１１は、ダウンライトタイプとなっているため、図２に示したように、各種照明器具や天井等に設けられているコネクタ２６に口金部材からなる電気接続部１９を装着することによって、前記発光部１３が下向きとなるように取り付けられる。

前記放熱部１２は、液状の熱輸送媒体２１が封入された密閉空間２０を有する断熱容器２２によって形成されている。この断熱容器２２は、前記発光部１３が搭載される底部２３と、円筒状の側壁部２４とによって形成されている。前記底部２３は光反射率の高いセラミックスが使用され、前記発光部１３が設けられている中央部に向けて傾斜するように湾曲形成されている。一方、前記側壁部２４には、赤外線放射率の高いセラミックスが使用され、密閉空間２０内で生じた熱を外部に効率よく放熱させることができる。なお、前記側壁部２４を波型に形成したり、別途放熱用のフィンを設けたりすることによって、より放熱効果を高めることができる。

前記発光部１３は、複数の発光素子（図示せず）の集合体からなるＬＥＤ部１６と、このＬＥＤ部１６を実装する基板１５とで構成されている。前記基板１５は、前記底部２３側となる実装面１５ａに複数の発光素子が実装配線される電極パターン（図示せず）が形成されている。この基板１５は、前記底部２３と同様のセラミックスによって形成され、前記ＬＥＤ部１６が形成される実装面１５ａと反対側の面が前記断熱容器２２の密閉空間２０に向けた入熱面１５ｂとなっている。本実施形態では、前記基板１５が断熱容器２２の底部２３と一体に形成されているが、前記底部２３の外壁面に基板１５を固着させてもよい。

前記熱輸送媒体２１は、常温時において液状体となる水や純水等が使用され、図２に示したように、発光部１３を中心とした底部２３に溜まるように封入されている。この熱輸送媒体２１は、ＬＥＤ部１６が点灯しない常温状態では液状となっているが、ＬＥＤ部１６が点灯し、所定以上の温度に達すると、この熱を吸収して次第に気体（蒸気）となる。

前記断熱容器２２内には、前記電気接続部１９側に電源部２７が配置され、この電源部２７から前記発光部１３の基板１５に向けて配線ケーブル２８が敷設される。この配線ケーブル２８は、チューブ２９を通して前記電源部２７と基板１５に形成されている電極パターンに電気的に接続されている。

前記電源部２７には、ＬＥＤ部１６を発光駆動させるためのＩＣやコンデンサ等が収容されているが、これらの部品を断熱容器２２内の温度や湿気から保護するため、断熱性及び防湿性を備えた保護部材３０でシールされている。また、前記チューブ２９についても断熱性及び防湿性を備えた保護部材３０で被覆することで、配線ケーブル２８の劣化や断線等を防止することができる。

次に、上記図１及び図２に示したＬＥＤ照明装置１１における吸熱及び放熱作用について説明する。前述したように、ＬＥＤ照明装置１１はダウンライトタイプであるため、使用（発光）する前は、前記熱輸送媒体２１が断熱容器２２の底部２３に液状のまま溜まった状態となっている。この状態でＬＥＤ照明装置１１に電気を供給すると、ＬＥＤ部１６の発光と共に次第に発熱し、この熱が基板１５に伝導する。そして、この基板１５に伝導した熱が液状の熱輸送媒体２１によって吸収され、所定の温度に達すると、次第に蒸気となって密閉空間２０内を拡散していく。

前記断熱容器２２内で発生した蒸気は、側壁部２４を通して外部に熱を放射することによって放熱され、冷却された蒸気は再び液状となって断熱容器２２の底部２３に還流する。この熱輸送媒体２１の液化状態と気化状態のサイクルは、前記ＬＥＤ部１６が発光している間持続する。このように、前記断熱容器２２内で熱輸送媒体２１が液体から蒸気に遷移するサイクルを繰り返すことで、ＬＥＤ部１６で発生した熱を常時一定した温度範囲に抑えることができ、安定した発光状態を維持することができる。本実施形態では、底部２３が発光部１３に向けて傾斜形成されているので、密閉空間２０内で熱交換された熱輸送媒体２１を自然に底部２３側に回収させることができる。

本実施形態の断熱容器２２にあっては、底部２３及び側壁部２４の内側が平坦面となっているが、ここに筋状の溝部（図示せず）を複数形成することによって、前記熱輸送媒体２１の循環を円滑にすることができる。前記溝部を設ける場合は、熱輸送媒体２１の溜り部となる発光体１３の基板１５を中心として、底部２３から側壁部２４に向けて放射状あるいは螺旋状に形成するのが好ましい。このような筋状の溝部を複数形成することによって、密閉した断熱容器２２で毛細管現象が生じ、熱輸送媒体２１の流れがスムーズになり、発光部１３から発する熱をムラなく均等に吸収させることができる。さらに、前記溝部に沿って熱輸送媒体が移動することで、断熱容器２２内の温度を外部に素早く放熱させることができ、効率のよい放熱効果が得られる。

図３及び図４は、第２実施形態のＬＥＤ照明装置４１を示したものである。このＬＥＤ照明装置４１は、上記第１実施形態のＬＥＤ照明装置１１の放熱部１２を構成する断熱容器４２が円形状の底部４３及び円筒状の側壁部４４からなる第１密閉空間４５と、前記底部４３の中央部が円筒状に突出した突出部５０からなる第２密閉空間４６とを有したものとなっている。このＬＥＤ照明装置４１もダウンライトタイプとなっているため、発光部１３が下向きに設定されている。

前記突出部５０は、底部４３と同じセラミックスによって一体形成され、先端部が発光部４７となっている。また、前記第１密閉空間４５と第２密閉空間４６は、連通した一体の密閉空間となっている。

前記発光部４７は、複数の発光素子の集合体からなるＬＥＤ部４９と、このＬＥＤ部４９が実装される基板４８とによって形成されている。前記基板４８は、セラミックスによって、前記突出部５０の先端面を形成している。なお、前記突出部５０の先端面までを一体のセラミックスで形成し、別途基板４８を固着させてもよい。このように、前記突出部５０を設けることで、前記ＬＥＤ部４９をフード部１７の頂上部に近い位置に設定することができる。また、前記第２密閉空間４６の底部が前記基板４８の裏面となっているので、この最も発熱量の多くなる基板４８の裏面側に液状の熱輸送媒体２１を集中的に滞留させておくことができ、より吸熱効果を高めることができる。本実施形態においても、前記断熱容器４２の底部４３が突出部５０に向かって傾斜する湾曲形状となっているため、熱輸送媒体を自然に突出部５０内に還流させることができる。

次に、本実施形態における吸熱及び放熱作用を図４に基づいて説明する。前記ＬＥＤ部４９を発光させると、この発光に伴う熱によって、突出部５０内に溜まっている液状の熱輸送媒体２１が熱せられ、熱を吸収しながら次第に蒸気となる。そして、この蒸気が第２密閉空間４６から第１密閉空間４５に流れ込み、側壁部４４によって放熱される。このようなサイクルを繰り返すことで、連続して発光する発光部４７の温度上昇を効果的に抑えることができる。

上記実施形態では、突出部５０の底部に発光部４７を設けたが、突出部５０の外周面を発光素子の実装面とすることもできる。これによって、全方向を照明することができると共に、前記突出部５０の内部を満たした熱輸送媒体２１によって、前記底部及び外周面から発せられる熱を吸収し、前記第１密閉空間４６の側壁部４４によって効率よく放熱させることができる。前記発光部４７は、第１密閉空間４５内に設けられる電源部２７からチューブ２９及び突出部５０の外周面に沿って配設される配線ケーブル２８を介して供給される電流によって発光駆動される。なお、前記第１密閉空間４５に設けられる電源部２７及びチューブ２９は、防湿性及び断熱性を備えた保護部材３０によってシールされる。

また、前記突出部５０の内壁面から底部４３及び側壁部４４の内壁面にかけて、筋状の溝部（図示せず）を複数形成することによって、発光部４７で熱せられた熱輸送媒体を第２密閉空間４６から第１密閉空間４５に蒸気となって拡散させやすくなると共に、液状となって再び突出部５０の底部に還流させやくなる。

上記実施形態では、ランプ型の放熱部が密閉空間を有する断熱容器として形成したが、この断熱容器の形状を変更することによって、蛍光灯のような直管型の放熱部を有するＬＥＤ照明装置に対しても適用可能である。

以上説明したように、本発明のＬＥＤ照明装置にあっては、発光素子からなる発光部が、熱輸送媒体が封入された断熱容器の一部を構成し、又は断熱容器に接するように配置されているため、前記発光部から発する熱を前記断熱容器内で移動する熱輸送媒体によって、効率よく吸収して温度上昇を抑えることが可能となった。また、前記断熱容器の形状や配置構成は、装置本体に設けられる断熱部や発光部の形態に応じて設定することができるので、各種の照明用途に適合するようにデザイン性の自由度を確保しつつ、放熱効率の高いＬＥＤ照明装置を提供することができる。

１１ ＬＥＤ照明装置
１２ 放熱部
１３ 発光部
１５ 基板
１５ａ 実装面
１５ｂ 放熱面
１６ ＬＥＤ部
１７ フード部
１９ 電気接続部
２０ 密閉空間
２１ 熱輸送媒体
２２ 断熱容器
２３ 底部
２４ 側壁部
２６ コネクタ
２７ 電源部
２８ 配線ケーブル
２９ チューブ
３０ 保護部材
４１ ＬＥＤ照明装置
４２ 断熱容器
４３ 底部
４４ 側壁部
４５ 第１密閉空間
４６ 第２密閉空間
４７ 発光部
４８ 基板
４９ ＬＥＤ部
５０ 突出部

Claims (4)

1. 発光部と、この発光部から発する熱を放出する放熱部とを備えたＬＥＤ照明装置において、
   前記放熱部は、熱輸送媒体が封入された密閉空間を有する断熱容器を備え、
   前記断熱容器は、前記熱輸送媒体を溜める底部と、前記発光部から発する熱を吸収した前記熱輸送媒体を外部に放熱し、前記底部から離れるにしたがって内壁面が内側に傾斜する側壁部とを備え、
   前記底部の外壁面に前記発光部が配置されると共に、前記側壁部が装置本体の外側面を形成することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記断熱容器の側壁部の内壁面には、気化された前記熱輸送媒体を毛細管現象により側壁部から底部に還流させる筋状の溝部が複数形成されている請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記断熱容器の底部は、その中央部に前記熱輸送媒体を溜める円筒状の突出部を有すると共に、中央部に向けて傾斜している請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記断熱容器は、セラミックスによって形成されている請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。

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