JP6668787B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えばスポーツ競技場のスタンドに取り付ける照明装置に関する。

一般に、野球やサッカーなどを行う競技場は、夜間などにグランドを明るく照らすため、観客席スタンドの後方に高出力な複数台の照明装置を備えている。この種の照明装置は、十分な光量の強い光を放出するため、複数の発光ユニットを発光面に並べて備えている。また、１つの発光ユニット自体も、できるだけ輝度を高める必要があり、光源の放熱を考慮する必要がある。

このため、各発光ユニットは、通常、複数の光源を実装した基板の背面側に熱的に接続した複数の放熱フィンを備えている。

特開２０１５−５６２３５号公報

しかし、照明装置をコンパクトにするため複数の発光ユニットを密集して配置すると、十分な放熱性能を発揮することが難しい。

よって、高い放熱性能を有する照明装置の開発が望まれている。

実施形態に係る照明装置は、発光基準面に沿って取り付けた複数の発光ユニットを有し、各発光ユニットは、発光基準面に配置した光源と、この光源に熱的に接続して発光基準面から離れる第１方向に延設された複数枚の放熱フィンと、を有する。複数の発光ユニットは、全ての発光ユニットの全ての放熱フィンが第１方向と直交する第２方向に揃うように配置されている。第２方向は鉛直方向である。複数の発光ユニット同士の第２方向に沿った間隔は、第１および第２方向と直交する第３方向に沿った複数の発光ユニット同士の間隔と略同じである。複数の発光ユニットのうち第１の発光ユニットの第２方向に沿った上方に隣接して第３方向に並んだ第２および第３の発光ユニットの間の隙間に第１の発光ユニットの光源が対向するように第１乃至第３の発光ユニットを配置した。

本発明の照明装置によれば、放熱性能を高めることができる。

図１は、実施形態に係る照明装置を示す正面側の斜視図である。 図２は、図１の照明装置のカバーを取り外した背面側の斜視図である。 図３は、図１の照明装置の分解斜視図である。 図４は、図３の発光ユニットの縦断面図である。 図５は、図２の構造を背面側から見た背面図である。 図６は、図３の発光ユニットの要部を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る照明装置１００の正面側の斜視図であり、図２は、照明装置１００の背面側のカバー５０を取り外した状態の背面側の斜視図であり、図３は、照明装置１００の分解斜視図である。また、図４は、照明装置１００の１つの発光ユニット１０の縦断面図であり、図５は、カバー５０を取り外した状態の照明装置１００の背面図である。また、図６は、発光ユニット１０の要部を示す斜視図である。

図３に示すように、照明装置１００は、複数（本実施形態では７個）の発光ユニット１０、複数の発光ユニット１０を取り付けた取付枠２０、照明装置１００を支持する支持ユニット３０、照明光の射出側に設けた偏光ユニット４０、および複数の発光ユニット１０を覆うカバー５０を有する。この照明装置１００は、図示しない架台などに複数台取り付けて、例えばスポーツ競技場の客席スタンドの後方に設置される。

発光ユニット１０は、図３および図４に示すように、ＬＥＤなどの複数の発光素子１を備えた発光部２（光源）、発光部２を表面に実装した基板４、基板４を保持した熱伝導性の保持部材６、保持部材６を表面８ａに取り付けた熱伝導板８、熱伝導板８の裏面８ｂに熱的に接触して取り付けた複数枚の放熱フィン１２、および複数枚の放熱フィン１２を貫通して熱的に接続して取り付けた複数本（本実施形態では４本）のヒートパイプ１４を有する。保持部材６は必須の構成ではなく、基板４を熱伝導板８の表面８ａに直接取り付けてもよい。

発光部２は、複数の発光素子１を接続して蛍光粒子を含む樹脂で基板４の表面に封止して形成されている。保持部材６は、その表面に基板４を受け入れる凹所６ａを有する。また、保持部材６は、その背面６ｂを熱伝導板８の表面８ａに密着させた状態で、複数本のネジ７により熱伝導板８に締結固定されている。熱伝導板８の裏面８ｂには、複数本のヒートパイプ１４の表面を熱的に接触させて収容する複数本の収容溝８ｃ（図６）が設けられている。

複数枚の放熱フィン１２は、発光部２を配置した後述する発光基準面から垂直に離れる方向（第１方向）に延設されている。発光基準面（即ち熱源）に近い各放熱フィン１２（第１の放熱フィン１２１）の端部は、図６に示すように略直角に折り曲げられており、この折り曲げ部１２１ａを熱伝導板８の裏面８ｂに熱的に接触させて溶接などにより取り付けられている。また、熱伝導板８に対向しない重ね方向外側の放熱フィン１２（第２の放熱フィン１２２）の熱源に近い端部は折り曲げられていない。このため、熱伝導板８に対向しない第２の放熱フィン１２２は、隣接する他の第１の放熱フィン１２１に図示しない連結部材などを介して連結されてもよい。

図６に示すように、熱伝導板８に対向する第１の放熱フィン１２１の折り曲げ部１２１ａには、熱伝導板８の複数の収容溝８ｃにそれぞれ対向する収容溝１２１ｂが設けられている。複数枚の放熱フィン１２は、僅かな隙間を介して互いに重ねて配置されている。このため、熱伝導板８に対向する第１の放熱フィン１２１の折り曲げ部１２１ａは略板状につながっている。つまり、各折り曲げ部１２１ａの収容溝１２１ｂは熱伝導板８の収容溝８ｃに対向した位置で真っ直ぐにつながっている。

また、複数枚の放熱フィン１２は、収容溝１２１ｂから離れた位置で複数本のヒートパイプ１４を挿通する複数の貫通孔１２ａを有する。複数の貫通孔１２ａは、熱伝導板８の複数本の収容溝８ｃ（放熱フィン１２の収容溝１２１ｂ）より広い間隔で設けられている。このため、複数本のヒートパイプ１４は、図２に示すように、発光部２に近い収容溝８ｃから貫通孔１２ａに向けて拡開する姿勢で取り付けられる。このように、複数本のヒートパイプ１４を取り付けることで、熱源（発光部２）からの熱を各放熱フィン１２の広い範囲に伝達でき、放熱効果を高めることができる。

各ヒートパイプ１４の一端は、重ね方向一端の第２の放熱フィン１２２の貫通孔１２ａから外側へわずかに突出している。ヒートパイプ１４は、全ての放熱フィン１２の貫通孔１２ａを通って、重ね方向他端の第２の放熱フィン１２２の外側へ導出される。そして、このヒートパイプ１４は、重ね方向他端の第２の放熱フィン１２２の外面に沿って熱源の方向へ折り曲げられ、熱伝導板８の収容溝８ｃと第１の放熱フィン１２１の収容溝１２１ｂの間に挿通される。これにより、各ヒートパイプ１４の他端は、重ね方向一端の第２の放熱フィン１２２の外側へ突出する。つまり、複数本のヒートパイプ１４は、複数枚の放熱フィン１２の重ね方向の他端側で発光ユニット１０の外側に露出して配置される。他端側の第２の放熱フィン１２２と各ヒートパイプ１４の間には隙間が設けられている。

図３に示すように、熱伝導板８は、複数枚の放熱フィン１２の重ね方向の全幅より狭い幅を有する。また、熱伝導板８は、各放熱フィン１２の発光基準面に近い端部の長さより短い幅を有する。言い換えると、熱伝導板８は、複数枚の放熱フィン１２の発光基準面側の端部が配置された領域の内側に配置されている。このため、熱伝導板８の裏面８ｂ全体が放熱フィン１２に対向し、放熱効果を高めることができる。

取付枠２０は、図３および図４に示すように、複数の発光ユニット１０にそれぞれ対応した複数の矩形の取付窓２１を有する。各取付窓２１は、発光ユニット１０の保持部材６を挿通可能な形状を有し、本実施形態では保持部材６の形状と略同じ形状（矩形）を有する。各発光ユニット１０は、保持部材６よりひと回り大きい矩形枠状の絶縁部材２２を介して取付枠２０の裏面２０ｂに熱伝導板８の表面８ａを押し付けるように取り付けられる。

発光ユニット１０を取付枠２０に取り付けた状態で、保持部材６の凹所６ａに配置した基板４および発光部２の表面は、取付枠２０の表面２０ａから突出しない。基板４の表面および取付枠２０の表面２０ａの一部は、発光部２から射出された光を反射する。基板４の表面および取付枠２０の表面２０ａは発光部２とともに照明装置１００の発光基準面として機能する。

支持ユニット３０は、取付枠２０の表面２０ａ側に取り付けられる略円筒形の支持枠３１、およびこの支持枠３１に対して回動可能に取り付けた略Ｕ字状の支持アーム３２を有する。支持アーム３２の支持枠３１に対する回動軸は水平方向に延設されており、照明装置１００を前後に傾倒可能となっている。支持枠３１は、支持枠３１の機械強度を高めるとともに複数の発光ユニット１０を区画するリブ３３を有する。

支持アーム３２は、図示しない架台に取り付ける基部３２ａを有する。基部３２ａには、架台に対して支持ユニット３０を左右に回動させるための円弧状の溝３２ｂ、および図示しない回動軸を受け入れる軸孔３２ｃが設けられている。軸孔３２ｃには、架台から鉛直上方に突出した図示しない回動軸が挿通され、円弧状の溝３２ｂには、架台から鉛直上方に突出した図示しないピンが挿通される。つまり、支持アーム３２は基部３２ａが水平面と平行になる姿勢で架台に取り付けられる。これにより、照明装置１００は、架台に対して水平方向に回動可能となる。

偏光ユニット４０は、複数個のリフレクタ４１、これら複数個のリフレクタ４１を取り付ける略円板状の取付板４２、および取付板４２を支持枠３１の表面側に取り付けるための略円筒形の枠部材４３を有する。各リフレクタ４１は、略お椀形に形成され、内面が鏡面状の反射面４１ａを有する。取付板４２は、複数のリフレクタ４１を挿通する複数の円形の取付孔４２ａを有する。全ての取付孔４２ａは照明装置１００の中心軸に対して回転対称となる位置にレイアウトされている。

カバー５０は、複数の発光ユニット１０を覆うように、照明装置１００の背面側に取り付けられている。カバー５０は、複数の発光ユニット１０の複数枚の放熱フィン１２に対向する複数枚の板部５１を有し、各板部５１が空気を流通させるための複数の通気孔５２を有する。カバー５０は、複数枚の板部５１をつなげた多角形状の外形を有するため、つなぎめの部分で機械強度を増している。

以下、上述した照明装置１００の放熱構造について説明する。
照明装置１００は、支持ユニット３０を介して図示しない架台に取り付けられ、各発光ユニット１０の放熱フィン１２が延びた第１方向に沿った光軸が前後に傾倒する方向および左右に回動する方向に向きを調節することができる。照明装置１００は、通常、グランドから数１０メートル高い位置に設置されるため、その光軸が水平方向より下方に傾斜した方向に向く姿勢で取り付けられる。

これに対し、各照明装置１００の複数の発光ユニット１０は、図２および図５に示すように、複数枚の放熱フィン１２が同じ方向に向く姿勢で取付枠２０に取り付けられている。つまり、照明装置１００の全ての発光ユニット１０の全ての放熱フィン１２は、光軸に沿った第１方向と直交する第２方向に揃うように配置されている。さらに、複数の発光ユニット１０を取り付けた取付枠２０は、図２に示すように全ての放熱フィン１２が鉛直方向に沿う姿勢で支持ユニット３０に取り付けられている。

上述したように、支持ユニット３０は、架台に対して水平方向に回動可能に照明装置１００を支持している。このため、支持枠３１の支持アーム３２に対する前後方向の回動角度に関係なく、全ての放熱フィン１２は、常に鉛直方向に沿って配置されることになる。

一方、各発光ユニット１０の発光部２からの熱は、基板４、保持部材６、および熱伝導板８を介して、複数枚の放熱フィン１２および複数本のヒートパイプ１４に伝えられる。このとき、全ての放熱フィン１２が上記のように鉛直方向に揃っていることで、放熱フィン１２の間を通って加熱された空気が上方に逃げ易くなり、放熱効果を高めることができる。

また、複数枚の放熱フィン１２を貫通して複数本のヒートパイプ１４を取り付けたため、発光部２から複数枚の放熱フィン１２に伝わる熱の分布が均一化され、放熱効果を高めることができる。しかし、図３および図４に示すように、発光部２を備えた基板４は、重ね方向中央近くの放熱フィン１２には対向するものの、重ね方向両側近くの放熱フィン１２には対向しないため、放熱フィン１２の重ね方向に熱分布を生じる。

このため、本実施形態では、各発光ユニット１０の上方に重なる別の発光ユニット１０が下方の当該発光ユニット１０の発光部２に重ならない位置関係で全ての発光ユニットを配置した。例えば、図５に示す中央の発光ユニット１０（第１の発光ユニット）に着目すると、最上段の２つの発光ユニット１０（第２の発光ユニット、第３の発光ユニット）の間の隙間が中央の発光ユニット１０の中心に対向している。このように、各段の発光ユニット１０を千鳥状にずらすことで、下段の発光ユニット１０の発光部２からの熱で暖められた空気が上段の発光ユニット１０を通ることを防止でき、放熱効果を高めることができる。

上述した放熱効果は、本実施形態の照明装置１００のように、複数の発光ユニット１０を発光基準面に沿って密集して配置した場合に顕著となる。本実施形態では、図５に示すように、複数枚の放熱フィン１２の延出方向（第２方向）に沿った間隔が、複数枚の放熱フィン１２の重なり方向（第３方向）に沿った間隔と略同じになるように、全ての発光ユニット１０を配置した。より具体的には、全ての発光ユニット１０を発光基準面に投影した面積が発光基準面の全面積に対して３０％〜５０％程度となる密集状態で複数の発光ユニット１０を配置した。

このように密集した状態で複数の発光ユニット１０を配置すると、熱の逃げ道が狭くなり放熱が難しくなる。このため、本実施形態では、全ての発光ユニット１０の全ての放熱フィン１２を鉛直方向に揃えたり、高温部（発光部２）の上方に他の発光ユニット１０を配置しない工夫をした。

この他に、本実施形態では、ヒートパイプ１４ができるだけ外側に配置されるように、複数の発光ユニット１０をレイアウトした。つまり、図５に示すように、複数の発光ユニット１０のうち図示右側に配置した３つの発光ユニット１０はカバー５０に近い図示右側にヒートパイプ１４が配置される向きで取り付けられており、図示左側に配置した３つの発光ユニット１０はカバー５０に近い図示左側にヒートパイプ１４が配置される向きで取り付けられている。このようにカバー５０に近い位置にヒートパイプ１４を配置することで、カバー５０の複数の通気孔５２を介して照明装置１００内に流入する比較的低温の空気にヒートパイプ１４を接触させ易くすることができ、放熱効果を高めることができる。

また、本実施形態では、各発光ユニット１０において、複数枚の放熱フィン１２が熱源に対向した端部の領域の内側に熱伝導板８を配置したため、熱伝導板８の裏面８ｂ全体を放熱フィン１２に対向させることができ、基板４および保持部材６を介して熱伝導板８に伝わる発光部２からの熱を放熱フィン１２に効果的に伝えることができる。また、本実施形態では、各発光ユニット１０において、複数本のヒートパイプ１４を保持した熱伝導板８の収容溝８ｃおよび放熱フィン１２の収容溝１２２を熱源に近い中心に寄せて設けているため、最も高温になる部位の近くにヒートパイプ１４を対向させることができ、放熱効果を高めることができる。

また、本実施形態によると、複数枚の放熱フィン１２のうち熱伝導板８に対向しない重ね方向外側の放熱フィン１２の熱源に近い端部を折り曲げていないため、熱伝導板８から外れた位置で放熱フィン１２の間を通る空気の流れを妨げることがなく、放熱効果を高めることができる。

さらに、本実施形態では、カバー５０の強度を確保した上で、できるだけ照明装置１００内に空気を効率よく流通させるため、カバー５０を構成する全ての板部５１に複数のスリット状の通気孔５２を設けた。さらに、本実施形態では、これら複数の通気孔５２のうち、少なくとも、発光ユニット１０の放熱フィン１２の間の隙間に対向する全ての通気孔５２を放熱フィン１２と直交する向きに配置した。これにより、例えば、木の葉などの異物が通気孔５２に入った場合であっても、この異物が放熱フィン１２の間の隙間に入る不具合を防止でき、メンテナンスを容易にできる。

以上述べた実施形態の照明装置によれば、複数の発光ユニット１０の複数枚の放熱フィン１２を同じ方向に揃えて延設したため、放熱性能を高めることができる。

上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述した実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
発光基準面に沿って取り付けた複数の発光ユニットを有し、
上記各発光ユニットは、
上記発光基準面に配置した光源と、
この光源に熱的に接続して上記発光基準面から離れる第１方向に延設された複数枚の放熱フィンと、を有し、
上記全ての発光ユニットの上記全ての放熱フィンが上記第１方向と直交する第２方向に揃うように上記複数の発光ユニットをレイアウトした、
照明装置。
［２］
上記第２方向は鉛直方向である、
［１］の照明装置。
［３］
上記複数の発光ユニット同士の上記第２方向に沿った間隔は、上記第１および第２方向と直交する第３方向に沿った上記複数の発光ユニット同士の間隔と略同じである、
［１］または［２］の照明装置。
［４］
上記複数の発光ユニットのうち第１の発光ユニットの上記第２方向に沿った上方に隣接して上記第１および第２方向と直交する第３方向に並んだ第２および第３の発光ユニットの間の隙間に上記第１の発光ユニットの上記光源が対向するように上記第１乃至第３の発光ユニットを配置した、
［２］または［２］に従属した［３］の照明装置。
［５］
上記複数の発光ユニットは、それぞれ、上記複数枚の放熱フィンを貫通して上記光源に熱的に接続したヒートパイプをさらに有し、
当該照明装置の外側に上記ヒートパイプが配置されるように上記複数の発光ユニットをレイアウトした、
［１］の照明装置。
［６］
上記複数の発光ユニットを覆うカバーをさらに有し、
上記カバーが、スリット状の複数の通気孔を有し、
上記複数の通気孔のうち上記複数枚の放熱フィンの間の隙間に対向する全ての通気孔が上記第１および第２方向と直交する第３方向に延設されている、
［１］の照明装置。

１…発光素子、２…発光部、４…基板、６…保持部材、８…熱伝導板、８ｃ…収容溝、１０…発光ユニット、１２…放熱フィン、１４…ヒートパイプ、２０…取付枠、２１…取付窓、３０…支持ユニット、３１…支持枠、３２…支持アーム、３２ａ…基部、３２ｂ…溝、４０…偏光ユニット、４１…リフレクタ、５０…カバー、５１…板部、５２…通気孔。

Claims (3)

1. 発光基準面に沿って取り付けた複数の発光ユニットを有し、
   上記各発光ユニットは、
   上記発光基準面に配置した光源と、
   この光源に熱的に接続して上記発光基準面から離れる第１方向に延設された複数枚の放熱フィンと、を有し、
   上記全ての発光ユニットの上記全ての放熱フィンが上記第１方向と直交する第２方向に揃うように上記複数の発光ユニットをレイアウトし、
   上記第２方向は鉛直方向であり、
   上記複数の発光ユニット同士の上記第２方向に沿った間隔は、上記第１および第２方向と直交する第３方向に沿った上記複数の発光ユニット同士の間隔と略同じであり、
   上記複数の発光ユニットのうち第１の発光ユニットの上記第２方向に沿った上方に隣接して上記第３方向に並んだ第２および第３の発光ユニットの間の隙間に上記第１の発光ユニットの上記光源が対向するように上記第１乃至第３の発光ユニットを配置した、
   照明装置。
2. 上記複数の発光ユニットは、それぞれ、上記複数枚の放熱フィンを貫通して上記光源に熱的に接続したヒートパイプをさらに有し、
   当該照明装置の外側に上記ヒートパイプが配置されるように上記複数の発光ユニットをレイアウトした、
   請求項１の照明装置。
3. 上記複数の発光ユニットを覆うカバーをさらに有し、
   上記カバーが、スリット状の複数の通気孔を有し、
   上記複数の通気孔のうち上記複数枚の放熱フィンの間の隙間に対向する全ての通気孔が上記第３方向に延設されている、
   請求項１の照明装置。