照明装置
【課題】放熱面に外部熱源から熱輻射を受けている場合においても、外部からの熱を遮断して内部の熱のみを外部に向かって放射することによって高い放熱効果を得ることができる照明装置を提供すること。
【解決手段】発熱源である光源と、該光源を収容する筐体１を備えた照明装置において、前記筐体１の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段（機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つ）を施し、その上に、分光反射率が筐体１から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料（多層誘電体光学薄膜２）を一面に亘って設けることによって、外部発熱体（外部熱源）５からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射するよう構成する。
【解決手段】発熱源である光源と、該光源を収容する筐体１を備えた照明装置において、前記筐体１の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段（機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つ）を施し、その上に、分光反射率が筐体１から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料（多層誘電体光学薄膜２）を一面に亘って設けることによって、外部発熱体（外部熱源）５からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射するよう構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの熱を効率良く逃がして放熱効果を高めるようにした照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電球を光源とする照明装置においては、投入電力の大部分が赤外線、即ち、輻射熱として放出されるため、筐体の温度上昇が不可避的に発生し、この問題を解決することが技術的課題の１つであった。
【０００３】
そこで、特許文献１には筐体に多数の通気孔を設ける構成が提案され、特許文献２には筐体に放熱性の高い皮膜を付着させる構成が提案されている。又、特許文献３には口金部分にリング状のヒートシンクを設ける構成が提案され、特許文献４には筐体の周囲にヒートパイプを巻き付ける構成が提案されている。
【０００４】
ところで、近年、ＬＥＤの高出力化に伴って照明用途としての応用製品も開発されているが、ＬＥＤにおいては投入電力の半分以上が半導体自体の熱となるために放熱の問題は一層重要な技術的課題となる。
【０００５】
照明用途のＬＥＤの放熱技術に関して、特許文献５にはヒートシンクを備えた構成が提案され、特許文献６には樹脂ケースも放熱手段として用いる技術が提案され、特許文献７にはヒートシンクに空冷ファンを付加した構成が提案されている。
【０００６】
一方、効率良く放熱するための技術開発も盛んに行われてきた。特に１００℃以上の温度領域においては伝熱の３形態のうちの放射が大半を占めるようになるため、放射率を高めることが放熱手段として有効である。従来からアルミヒートシンクの黒アルマイト処理や塗るだけで放熱効果が得られるつや消し黒塗料等が開発されてきた。
【０００７】
又、住宅の屋根においては日中の太陽光線が屋根材を介して室内の気温を上げる要因となり、特に夏場は冷房効率に影響を及ぼす。このため、特許文献８には優れた遮熱効果を有する遮熱塗料が提案されている。
【０００８】
更に、光源の発熱による問題を機能性薄膜で解決する技術も開発され、特許文献９にはコールドミラーが提案されている。このコールドミラーは、光源からの赤外線を選択的に透過して外部へ逃がし、必要な可視光線だけを反射するものであって、専ら投影用途に用いられる。
【０００９】
ところで、光の反射に関する技術は道路標識の夜間の視認性向上に応用されており、特許文献１０には微小なガラスビーズを用いた構造が提案され、特許文献１１にはテクスチャ構造によって得られる再帰反射に関する技術が開示されており、それらにおいては可視光線に対して粒径及び屈折率が最適化されている。
【特許文献１】特開平９−１３９１１１号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１０３７号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５７２１号公報
【特許文献４】特開２００３−２８８８０６号公報
【特許文献５】特開２０００−０３１５４６号公報
【特許文献６】特開２００２−２９９７００号公報
【特許文献７】特開２００８−１０３１９５号公報
【特許文献８】特開２００３−２６１８２８号公報
【特許文献９】特開２００７−３２２８９１号公報
【特許文献１０】特開平５−２６３０１５号公報
【特許文献１１】特開２００６−３２２３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤは電球に比べて長寿命であることから、メンテナンス頻度の低い環境に好適に用いられるが、特に屋外用途においては日中に太陽光線を浴びることになり、熱的にも過酷な環境に晒されることが容易に想像される。
【００１１】
ところで、従来の照明装置の構造では、放熱経路の最終段階である筐体から外部空気への放熱経路において、筐体の表面温度よりも外部空気の温度の方が高い場合、或いは筐体表面が他の外部熱源から輻射熱を受けている場合には、熱力学の第２法則に従って低温側である筐体から高温側である外部空気に放熱することはできない。従って、単に筐体表面の放射率を向上させることは、外部熱源からの輻射熱に対する吸収率をも同時に高めてしまうことになり、根本的な解決にはならない。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、放熱面に外部熱源から熱輻射を受けている場合においても、外部からの熱を遮断して内部の熱のみを外部に向かって放射することによって高い放熱効果を得ることができる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、発熱源である光源と、該光源を収容する筐体を備えた照明装置において、前記筐体の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段を施し、その上に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料を一面に亘って設けることによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記放射率向上手段として、筐体表面に機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つを施すことによって筐体表面の放射率を０．８以上とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、筐体表面に多層誘電体光学薄膜を接着し、該多層誘電体光学薄膜の分光透過率においてカットオフ波長を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側に合わせることによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、筐体表面を再帰反射性を有する材料で覆い、且つ、再帰反射の過程における粒径及び屈折率を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記光源をＬＥＤで構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、筐体表面に機械加工によって凹凸を形成して表面積を拡大する技術、黒アルマイト処理に代表される化成処理やつや消し黒塗料に代表される高放射率化技術を用いることによって、筐体表面からの熱輻射が高められる。
【００１９】
本発明は、筐体表面が外部熱源から輻射熱を受け、筐体表面と外部熱源との間に温度差がある場合、その温度差に起因する各々の輻射スペクトルのピーク波長が異なることに着目した。
【００２０】
そこで、本発明は、高放射率化手段が施された筐体表面に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料、例えば光源から発せられる赤外線から他の部材を保護する多層誘電体光学薄膜や可視光線を反射することによって視認性を高める再帰反射材料等を一面に亘って塗布又は接着することによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射するようにした。尚、筐体表面に多層誘電体薄膜を接着する場合、シリコンやエポキシ等の接着剤を用いると接着剤自体の光学特性が波長選択性に影響を及ぼす可能性があるため、接着剤による接着よりも蒸着の方が望ましい。
【００２１】
外部熱源からの熱輻射が多層誘電体薄膜のカットオフ波長よりも短波長側に位置し、筐体からの熱輻射がカットオフ波長よりも長波長側に位置するように、当該多層誘電体薄膜の膜厚を調節することによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することができる。
【００２２】
又、本発明によれば、筐体表面を再起反射性を有する材料で覆い、再帰反射材料の粒径を筐体の輻射スペクトルの最大値となる波長よりも短く、且つ、外部発熱源の輻射スペクトルの最大値となる波長よりも長くするとともに、外部熱源の輻射スペクトルが最大値となる波長帯において広角度に亘って再起反射が得られるような屈折率を有する材料を選択することによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することができる。
【００２３】
以上の結果、本発明によれば、照明装置の放熱面に外部熱源から熱輻射を受けている場合においても、外部からの熱を遮断して内部の熱のみを外部に向かって放射することによって高い放熱効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
先ず、従来の照明装置の筐体表面の放熱構造を図１に基づいて説明する。
【００２６】
図１に示す従来の照明装置の筐体表面の放熱構造において、単に筐体１０１の表面放射率を向上させることは、内部熱源からの伝熱１０２を効率良く外部への熱輻射１０３とすることができるが、同時に外部熱源１０４からの熱輻射１０５に対する吸収率をも同時に高めてしまうことになり、筐体１０１内部への入熱１０６を招く。その結果として、筐体１０１表面からの熱輻射１０３と外部熱源１０４からの熱輻射１０５との差し引きはマイナスとなり、根本的な解決には至らない。
【００２７】
そこで、本発明は、筐体表面が外部熱源から輻射熱を受け、筐体表面と外部熱源との間に温度差がある場合、その温度差に起因する各々の輻射スペクトルのピーク波長が異なることに着目し、以下のような放熱構造を採用した。
【００２８】
即ち、発熱源である光源と、該光源を収容する筐体を備えた照明装置において、前記筐体の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段を施し、その上に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料を一面に亘って設けることによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射するようにした。
【００２９】
ここで、上記放射率向上手段は、筐体表面に機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つであって、これを施すことによって筐体表面の放射率を０．８以上とする。
【００３０】
又、高放射率化手段が施された筐体表面に、多層誘電体光学薄膜を接着し、該多層誘電体光学薄膜の分光透過率においてカットオフ波長を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側に合わせることによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するようにした。
【００３１】
或いは、筐体表面を再帰反射性を有する材料で覆い、且つ、再帰反射の過程における粒径及び屈折率を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御するようにした。
【００３２】
そして、本発明では、光源をＬＥＤで構成した。
【００３３】
次に、高放射率化手段が施された筐体表面に多層誘電体光学薄膜を接着する場合と、再帰反射性を有する材料で覆う場合についてそれぞれ説明する。
（１）多層誘電体光学薄膜を用いる場合：
この場合の筐体表面の放熱構造を図２に模式的に示す。
【００３４】
図２に示すように、筐体１と多層誘電体光学薄膜２の２層構造において、当該多層誘電体光学薄膜２を制御することによって、内部熱源からの伝熱３による筐体１の表面からの輻射熱４は当該多層誘電体光学薄膜２のカットオフ波長よりも長波長側に位置するために透過する。一方で、外部熱源５からの輻射熱６は多層誘電体光学薄膜２のカットオフ波長よりも短波長側に位置するため、多層誘電体光学薄膜２による熱反射７が起こる。その結果、筐体１から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分のみが選択的に反射される。
（２）再帰反射性材料を用いる場合：
この場合の筐体表面の放熱構造を図３に模式的に示す。
【００３５】
図３に示すように、筐体１と再帰反射性部材８の２層構造において、再帰反射性部材８の粒径を制御することによって、内部熱源からの伝熱３による筐体１の表面からの輻射熱４の波長は再帰反射性部材８の粒径よりも長いために透過する。一方で、外部熱源５からの輻射熱６の波長は再帰反射性部材８の粒径よりも短いため、再帰反射９が起こる。その結果、筐体１から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分のみが選択的に反射される。
【００３６】
上記（１）と（２）の場合において、図４に選択反射のスペクトルイメージを示す。適用する条件下において、筐体表面と外部熱源の輻射スペクトルが丁度クロスオーバーする波長に選択反射の閾値を設定することが望ましい。尚、両者の温度差が大きい程（例えば、外部熱源が６０００Ｋの太陽の場合）、本発明の効果も大きくなる。
【００３７】
以下にテストピースによる基本的な実施例について説明する。
【００３８】
テストピースは筐体壁面を模して以下の要領で作製した。
【００３９】
即ち、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍで１ｍｍ厚のアルミニウム（Ａｌ１０５０）基板にそれぞれ放射率向上・選択反射手段を施したものである。尚、裏面は何も処理しないアルミ素地のままである。
【実施例１】
【００４０】
テストピースの表面に、放射率向上手段として放射率０．９８のつや消し黒塗料を塗布した。塗料の特性により表面は微小な凹凸があり、機械研磨によって粗面化したと同等の状態となった。更にその上から、選択反射手段として平均粒径７〜８μｍ・屈折率１．５程度のガラスビーズをアクリル塗料を結合材として塗布した。選択反射領域における反射率は０．７５であった。
【実施例２】
【００４１】
実施例１において、選択反射手段のガラスビーズに代えて平均粒径７〜８μｍの微小なアクリル片を含有するパール塗料をスプレーによって塗布した。選択反射領域における反射率は０．７であった。
【実施例３】
【００４２】
実施例１において、選択反射手段のガラスビーズに代えてカットオフ波長７〜８μｍに制御した多層誘電体光学薄膜を蒸着した。選択反射領域における反射率は０．８であった。
【実施例４】
【００４３】
実施例１において、放射率向上手段のつや消し黒塗料に代えて放射率０．９５の黒アルマイト処理を施した。選択反射手段はガラスビーズで実施例１と同じである。
【実施例５】
【００４４】
実施例４において、選択反射手段のガラスビーズに代えて平均粒径７〜８μｍの微小なアクリル片を含有するパール塗料をスプレーにより塗布した。
【実施例６】
【００４５】
実施例４において、選択反射手段のガラスビーズに代えてカットオフ波長７〜８μｍに制御した多層誘電体光学薄膜を蒸着した。
【実施例７】
【００４６】
実施例１において、放射率向上手段のつや消し黒塗料に代えて放射率０．９のつや有り黒塗料を塗布した。選択反射手段はガラスビーズで実施例１と同じである。
【実施例８】
【００４７】
実施例７において、選択反射手段のガラスビーズに代えて平均粒径７〜８μｍの微小なアクリル片を含有するパール塗料をスプレーにより塗布した。
【実施例９】
【００４８】
実施例７において、選択反射手段のガラスビーズに代えてカットオフ波長７〜８μｍに制御した多層誘電体光学薄膜を蒸着した。
【００４９】
＜比較例１＞
実施例１において、選択反射手段を施さず、つや消し黒塗料のみを塗布した。
【００５０】
＜比較例２＞
実施例１において、つや消し黒塗料を塗布せず、アルミ基板の上に選択反射手段としてガラスビーズのみを直接塗布した。尚、ガラスビーズの結合材であるアクリル塗料の影響により放射率は０．５となった。
【００５１】
＜比較例３＞
何も塗布・蒸着せず、表面・裏面共にアルミ素地のままとした。放射率は０．１であった。
【００５２】
以上のテストピースの放熱性能を次に述べる方法で検証した。
【００５３】
図５に示すように、各テストピース１０はアルミ板１１の表面に高放射率化＋選択反射手段１２が施されており、その裏面中央にＫ型熱電対１３をアルミテープ１４で貼り付け、更に熱伝導性の高いシリコーンシート（以下、ＴＩＭと称する）１５を挟んでセラミックヒータ１６を取り付けた。このセラミックヒータ１６を筐体内部の熱源に見立てた。
【００５４】
又、図６に示すように、図５に示すテストピース１０と同じアルミ板２１の表面に放射率０．９８のつや消し黒塗料２２を塗布したものの裏面に、同様に熱電対２３をアルミテープ２４で貼り付け、熱伝導性の高いシリコーンシート（ＴＩＭ）２５を挟んでセラミックヒータ２６を取り付け、これを外部熱源２０とした。
【００５５】
図７に測定装置の構成を示す。
【００５６】
テストピース１０と外部熱源２０以外の部材は全て断熱材であるコルクシートを用い、熱輻射以外の伝熱経路は極力排除する構成とした。ベースコルクシート３１を敷いた上にテストピース１０を置き、セラミックヒータ１６，２６に通電して加熱した。投入電力は２Ｗとした。この状態でしばらく置き、セラミックヒータ１６の発熱量をテストピース１０からの熱輻射が熱平衡状態となったところで、テストピース１０の温度を測定した。これが「外部熱源なし」の結果である。
【００５７】
次に、コルクシートを積層して支持部材３２とした上に外部熱源２０を、つや消し黒塗料の面を下にして、２ｃｍの距離を隔ててテストピース１０と正対するように設置した。外部熱源２０の上にもコルクシート３３を積層し、熱輻射以外の伝熱経路は極力排除する構成とした。外部熱源２０のセラミックヒータ２６に４Ｗの電力を投入し、同様に熱平衡状態となったところでテストピース１０の温度を測定した。これが「外部熱源あり」の結果である。尚、このとき外部熱源２０の温度は１００〜１１０℃程度であった。
【００５８】
以上の測定条件一覧を表１に、結果の一覧を表２にそれぞれまとめた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
表１及び表２の結果に示されるように、実施例１〜９においては、程度の差はあるものの、外部熱源なしの状態で６３〜６４℃程度、外部熱源ありの状態で７０〜７１℃程度と、外部熱源によるテストピースの温度への影響は全て７℃程度となった。これに対して、比較例１では実施例１〜９よりも正味の放射率が高いため、外部熱源なしの状態では放射伝熱量が多く、実施例１〜９よりも低い温度を示したが、一方で外部熱源ありの状態では、反射する手段がないために外部熱源からの熱輻射による影響を大きく受けてしまい、２０℃以上も温度が上昇してしまった。
【００６１】
続いて比較例２では、反射の手段を備えているために外部熱源による影響は実施例１〜９とほぼ同等となったが、表面の高放射率化手段がないために内部熱源からの伝熱を効率良く放射することができず、実施例１〜９に比べて１０℃程度温度が上昇してしまった。
【００６２】
最後に比較例３では、アルミ素地の放射率は０．１（反射率は０．９）であるため、外部熱源からの影響は殆ど受けなかったが、比較例２よりも放射率が低いため、内部熱源からの伝熱を効率良く外部に放射することができず、全テストピース中最も高い温度となってしまった。
【００６３】
以上より、高放射率化の手段と選択反射の手段はどちらが欠けても十分な放熱性能が得られず、両方を兼ね備えた実施例１〜９が内部熱源に対する放熱性能と外部熱源からの輻射熱による影響の受け難さの双方において有効であるということが検証された。
【００６４】
ここで、本検証でのテストピースと外部熱源の輻射スペクトル及び再帰反射部材・多層誘電体光学薄膜による選択反射のイメージを図８に示す。図８は筐体表面温度が７０℃、外部熱源温度が１１０℃として黒体近似スペクトルが作図されている。図８より、両者の輻射スペクトルにおいて、選択反射の閾値がピーク波長の中間付近に位置しており、外部熱源からの輻射を積極的に反射しているのを確認することができる。
【００６５】
尚，本検証では、高放射率化の手段としてつや消し黒塗料と黒アルマイト処理及びつやあり黒塗料の３種を選択し、選択反射の手段としてガラスビーズとパール塗料及び多層誘電体光学薄膜の３種を選択したが、これらに限定されるものではないことは勿論である。高放射率化の手段としては、放射率０．８以上を有する白色系塗料、他のアルマイト処理等の表面処理を選択することができ、選択反射の手段としては、他の微粒子系塗料や光学フィルター等を選択することができる。又、筐体材料に樹脂を用いる場合には、素材自体が０．８〜０．９他高い放射率を有しているため、更に表面を機械加工等によって粗面化すると一層効果的である。
【実施例１０】
【００６６】
次に、本発明に係る照明装置を車両用前照灯として使用した実施例について説明する。 図９は車両用前照灯の模式的断面図であり、本実施例では筐体５３の前面に多層誘電体光学薄膜４４を接着している。
【００６７】
筐体４３の前面はポリカーボネートで構成され、見栄えや意匠性の観点から筐体４３の前面から放熱することはできない。しかし、筐体４３の背面には１００℃を超える熱輻射が照射されており、従来構造では効率良く放熱することはできない。
【００６８】
そこで、本実施例では、本発明に係る照明装置を車両用前照灯として使用した。この車両用前照灯においては、ＬＥＤユニット４１で発生した熱は、アルミ熱伝導材４２を伝わってポリプロピレン製の筐体４３へ移動し、多層誘電体光学薄膜４４を透過して外部空気へと放熱される。尚、筐体４３の材料には、熱伝導性向上のために金属フィラーを添加し、放射率向上のために筐体４３の表面を研磨剤で粗面化して表面の放射率を０．９２としている。
【００６９】
図１０に筐体と外部発熱体からの輻射スペクトルを示し、図１１に筐体表面の反射スペクトルを示す。尚、筐体と外部発熱源の温度はそれぞれ５０℃、２００℃とした。
【００７０】
図１０及び図１１より明らかなように、筐体からの輻射スペクトルは光学薄膜のカットオフ波長よりも長波長側に位置し、外部発熱体からの輻射スペクトルは短波長側に位置するため、図９において外部発熱体４５からの熱輻射４６は反射され、筐体４３からの熱輻射４７のみが選択的に外部へ放射される。図１２に筐体内側と外側での輻射スペクトルをそれぞれ示す。
【００７１】
又、筐体の概形サイズを幅５０ｃｍ×高さ２０ｃｍ×奥行き２０ｃｍ、筐体の放熱面の面積を１０００ｃｍ2程度とした場合、本実施例の条件下では高放射率化＋選択反射構造のあり／なしで２０℃程度の温度低減効果を期待することができる。
【実施例１１】
【００７２】
次に、本発明に係る照明装置を屋外街路灯として使用した実施例について説明する。
【００７３】
図１３は屋外街路灯の模式的断面図であり、本実施例は筐体５３の表面を再帰反射材料５４で覆った例を示す。
【００７４】
図示の屋外街路灯においては、実施例１０と同様に、ＬＥＤユニット５１で発生した熱は、アルミ熱伝導材５２を伝わってアルミ筐体５３へ移動し、再帰反射材料５４を透過して外部空気へと放熱される。尚、アルミ筐体５３には、放射率向上のために表面に黒アルマイト処理が施され、表面の放射率は０．９５とされている。
【００７５】
太陽の表面温度は６０００Ｋであり、筐体５３の温度は５０℃とした場合の各輻射スペクトルを図１４にそれぞれ示す。再帰反射材料５４は、太陽光線を良く反射するように粒径を３μｍ、屈折率を２程度に制御した。
【００７６】
太陽からの輻射スペクトルのピークは再帰反射材料の粒径よりも短波長側に位置するため、太陽からの熱は再帰反射され、筐体からの輻射スペクトルのピークは再帰反射材料の粒径よりも長波長側に位置するため、筐体からの熱は反射されないで透過する。従って、図１３に示す屋外街路灯において、太陽５５からの熱輻射５６は再帰反射され、筐体５３からの熱輻射５７のみが選択的に外部へ放射される。
【００７７】
図１５に筐体内側と外側での輻射スペクトルをそれぞれ示す。外部熱源が６０００Ｋと非常に高温であるため、輻射スペクトルの分離度も大きく、太陽からの放射エネルギー（１３６６Ｗ／ｍ2）の実に９５％以上を反射することができ、非常に効率が良い。
【００７８】
又、筐体ユニットを複数個並べ、全体の概形サイズを幅３０ｃｍ×長さ１ｍ×奥行き１０ｃｍ、放熱面の面積を０．３ｍ2の屋外街路灯とした場合、本実施例の条件下では高放射率化＋選択反射構造のあり／なしで５０℃以上の温度低減効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来の照明装置における筐体表面の放熱構造を示す図である。
【図２】本発明に係る照明装置において多層誘電体光学薄膜を用いた場合の放熱構造を示す図である。
【図３】本発明に係る照明装置において再帰反射材料を用いた場合の放熱構造を示す図である。
【図４】図２に示す放熱構造における選択反射のスペクトルイメージ図である。
【図５】実施例１〜９及び比較例１〜３に用いたテストピースの構成図である。
【図６】テストピースの検証に用いた外部熱源の構成図である。
【図７】テストピースの検証を行った装置の全体構成図である。
【図８】実施例１〜９における選択反射のスペクトルイメージ図である。
【図９】車両用前照灯の模式的断面図である。
【図１０】実施例１０における筐体と外部発熱源の輻射スペクトルを示す図である。
【図１１】実施例１０における筐体表面の反射スペクトルを示す図である。
【図１２】実施例１０における筐体内側と外側での輻射スペクトルを示す図である。
【図１３】屋外街路灯の模式的断面図である。
【図１４】実施例１１における筐体と太陽の輻射スペクトルを示す図である。
【図１５】実施例１１における筐体内側と外側での輻射スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 筐体
２ 多層誘電体光学薄膜
３ 内部熱源からの伝熱
４ 筐体表面からの熱輻射
５ 外部熱源
６ 外部熱源からの熱輻射
７ 多層誘電体光学薄膜による熱反射
８ 再帰反射性部材
９ 再帰反射
１０ テストピース
１１ アルミ板
１２ 高放射率化＋選択反射手段
１３ 熱電対
１４ アルミテープ
１５ シリコーンシート（ＴＩＭ）
１６ セラミックヒータ
２０ 外部熱源
２１ アルミ板
２２ つや消し黒塗料
２３ 熱電対
２４ アルミテープ
２５ シリコーンシート（ＴＩＭ）
２６ セラミックヒータ
３１ ベースコルクシート
３２ 支持部材
３３ コルクシート
４１ ＬＥＤユニット
４２ アルミ熱伝導材
４３ 筐体
４４ 多層誘電体光学薄膜
４５ 外部発熱体
４６ 外部発熱体からの熱輻射
４７ 筐体からの熱輻射
５１ ＬＥＤユニット
５２ アルミ熱伝導材
５３ 筐体
５４ 再帰反射材料
５５ 太陽
５６ 太陽からの熱輻射
５７ 筐体からの熱輻射
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの熱を効率良く逃がして放熱効果を高めるようにした照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電球を光源とする照明装置においては、投入電力の大部分が赤外線、即ち、輻射熱として放出されるため、筐体の温度上昇が不可避的に発生し、この問題を解決することが技術的課題の１つであった。
【０００３】
そこで、特許文献１には筐体に多数の通気孔を設ける構成が提案され、特許文献２には筐体に放熱性の高い皮膜を付着させる構成が提案されている。又、特許文献３には口金部分にリング状のヒートシンクを設ける構成が提案され、特許文献４には筐体の周囲にヒートパイプを巻き付ける構成が提案されている。
【０００４】
ところで、近年、ＬＥＤの高出力化に伴って照明用途としての応用製品も開発されているが、ＬＥＤにおいては投入電力の半分以上が半導体自体の熱となるために放熱の問題は一層重要な技術的課題となる。
【０００５】
照明用途のＬＥＤの放熱技術に関して、特許文献５にはヒートシンクを備えた構成が提案され、特許文献６には樹脂ケースも放熱手段として用いる技術が提案され、特許文献７にはヒートシンクに空冷ファンを付加した構成が提案されている。
【０００６】
一方、効率良く放熱するための技術開発も盛んに行われてきた。特に１００℃以上の温度領域においては伝熱の３形態のうちの放射が大半を占めるようになるため、放射率を高めることが放熱手段として有効である。従来からアルミヒートシンクの黒アルマイト処理や塗るだけで放熱効果が得られるつや消し黒塗料等が開発されてきた。
【０００７】
又、住宅の屋根においては日中の太陽光線が屋根材を介して室内の気温を上げる要因となり、特に夏場は冷房効率に影響を及ぼす。このため、特許文献８には優れた遮熱効果を有する遮熱塗料が提案されている。
【０００８】
更に、光源の発熱による問題を機能性薄膜で解決する技術も開発され、特許文献９にはコールドミラーが提案されている。このコールドミラーは、光源からの赤外線を選択的に透過して外部へ逃がし、必要な可視光線だけを反射するものであって、専ら投影用途に用いられる。
【０００９】
ところで、光の反射に関する技術は道路標識の夜間の視認性向上に応用されており、特許文献１０には微小なガラスビーズを用いた構造が提案され、特許文献１１にはテクスチャ構造によって得られる再帰反射に関する技術が開示されており、それらにおいては可視光線に対して粒径及び屈折率が最適化されている。
【特許文献１】特開平９−１３９１１１号公報
【特許文献２】特開平１１−１１１０３７号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５７２１号公報
【特許文献４】特開２００３−２８８８０６号公報
【特許文献５】特開２０００−０３１５４６号公報
【特許文献６】特開２００２−２９９７００号公報
【特許文献７】特開２００８−１０３１９５号公報
【特許文献８】特開２００３−２６１８２８号公報
【特許文献９】特開２００７−３２２８９１号公報
【特許文献１０】特開平５−２６３０１５号公報
【特許文献１１】特開２００６−３２２３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
光源としてＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤは電球に比べて長寿命であることから、メンテナンス頻度の低い環境に好適に用いられるが、特に屋外用途においては日中に太陽光線を浴びることになり、熱的にも過酷な環境に晒されることが容易に想像される。
【００１１】
ところで、従来の照明装置の構造では、放熱経路の最終段階である筐体から外部空気への放熱経路において、筐体の表面温度よりも外部空気の温度の方が高い場合、或いは筐体表面が他の外部熱源から輻射熱を受けている場合には、熱力学の第２法則に従って低温側である筐体から高温側である外部空気に放熱することはできない。従って、単に筐体表面の放射率を向上させることは、外部熱源からの輻射熱に対する吸収率をも同時に高めてしまうことになり、根本的な解決にはならない。
【００１２】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、放熱面に外部熱源から熱輻射を受けている場合においても、外部からの熱を遮断して内部の熱のみを外部に向かって放射することによって高い放熱効果を得ることができる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、発熱源である光源と、該光源を収容する筐体を備えた照明装置において、前記筐体の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段を施し、その上に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料を一面に亘って設けることによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記放射率向上手段として、筐体表面に機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つを施すことによって筐体表面の放射率を０．８以上とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、筐体表面に多層誘電体光学薄膜を接着し、該多層誘電体光学薄膜の分光透過率においてカットオフ波長を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側に合わせることによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、筐体表面を再帰反射性を有する材料で覆い、且つ、再帰反射の過程における粒径及び屈折率を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記光源をＬＥＤで構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、筐体表面に機械加工によって凹凸を形成して表面積を拡大する技術、黒アルマイト処理に代表される化成処理やつや消し黒塗料に代表される高放射率化技術を用いることによって、筐体表面からの熱輻射が高められる。
【００１９】
本発明は、筐体表面が外部熱源から輻射熱を受け、筐体表面と外部熱源との間に温度差がある場合、その温度差に起因する各々の輻射スペクトルのピーク波長が異なることに着目した。
【００２０】
そこで、本発明は、高放射率化手段が施された筐体表面に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料、例えば光源から発せられる赤外線から他の部材を保護する多層誘電体光学薄膜や可視光線を反射することによって視認性を高める再帰反射材料等を一面に亘って塗布又は接着することによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射するようにした。尚、筐体表面に多層誘電体薄膜を接着する場合、シリコンやエポキシ等の接着剤を用いると接着剤自体の光学特性が波長選択性に影響を及ぼす可能性があるため、接着剤による接着よりも蒸着の方が望ましい。
【００２１】
外部熱源からの熱輻射が多層誘電体薄膜のカットオフ波長よりも短波長側に位置し、筐体からの熱輻射がカットオフ波長よりも長波長側に位置するように、当該多層誘電体薄膜の膜厚を調節することによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することができる。
【００２２】
又、本発明によれば、筐体表面を再起反射性を有する材料で覆い、再帰反射材料の粒径を筐体の輻射スペクトルの最大値となる波長よりも短く、且つ、外部発熱源の輻射スペクトルの最大値となる波長よりも長くするとともに、外部熱源の輻射スペクトルが最大値となる波長帯において広角度に亘って再起反射が得られるような屈折率を有する材料を選択することによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することができる。
【００２３】
以上の結果、本発明によれば、照明装置の放熱面に外部熱源から熱輻射を受けている場合においても、外部からの熱を遮断して内部の熱のみを外部に向かって放射することによって高い放熱効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
先ず、従来の照明装置の筐体表面の放熱構造を図１に基づいて説明する。
【００２６】
図１に示す従来の照明装置の筐体表面の放熱構造において、単に筐体１０１の表面放射率を向上させることは、内部熱源からの伝熱１０２を効率良く外部への熱輻射１０３とすることができるが、同時に外部熱源１０４からの熱輻射１０５に対する吸収率をも同時に高めてしまうことになり、筐体１０１内部への入熱１０６を招く。その結果として、筐体１０１表面からの熱輻射１０３と外部熱源１０４からの熱輻射１０５との差し引きはマイナスとなり、根本的な解決には至らない。
【００２７】
そこで、本発明は、筐体表面が外部熱源から輻射熱を受け、筐体表面と外部熱源との間に温度差がある場合、その温度差に起因する各々の輻射スペクトルのピーク波長が異なることに着目し、以下のような放熱構造を採用した。
【００２８】
即ち、発熱源である光源と、該光源を収容する筐体を備えた照明装置において、前記筐体の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段を施し、その上に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料を一面に亘って設けることによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射するようにした。
【００２９】
ここで、上記放射率向上手段は、筐体表面に機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つであって、これを施すことによって筐体表面の放射率を０．８以上とする。
【００３０】
又、高放射率化手段が施された筐体表面に、多層誘電体光学薄膜を接着し、該多層誘電体光学薄膜の分光透過率においてカットオフ波長を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側に合わせることによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するようにした。
【００３１】
或いは、筐体表面を再帰反射性を有する材料で覆い、且つ、再帰反射の過程における粒径及び屈折率を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御するようにした。
【００３２】
そして、本発明では、光源をＬＥＤで構成した。
【００３３】
次に、高放射率化手段が施された筐体表面に多層誘電体光学薄膜を接着する場合と、再帰反射性を有する材料で覆う場合についてそれぞれ説明する。
（１）多層誘電体光学薄膜を用いる場合：
この場合の筐体表面の放熱構造を図２に模式的に示す。
【００３４】
図２に示すように、筐体１と多層誘電体光学薄膜２の２層構造において、当該多層誘電体光学薄膜２を制御することによって、内部熱源からの伝熱３による筐体１の表面からの輻射熱４は当該多層誘電体光学薄膜２のカットオフ波長よりも長波長側に位置するために透過する。一方で、外部熱源５からの輻射熱６は多層誘電体光学薄膜２のカットオフ波長よりも短波長側に位置するため、多層誘電体光学薄膜２による熱反射７が起こる。その結果、筐体１から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分のみが選択的に反射される。
（２）再帰反射性材料を用いる場合：
この場合の筐体表面の放熱構造を図３に模式的に示す。
【００３５】
図３に示すように、筐体１と再帰反射性部材８の２層構造において、再帰反射性部材８の粒径を制御することによって、内部熱源からの伝熱３による筐体１の表面からの輻射熱４の波長は再帰反射性部材８の粒径よりも長いために透過する。一方で、外部熱源５からの輻射熱６の波長は再帰反射性部材８の粒径よりも短いため、再帰反射９が起こる。その結果、筐体１から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分のみが選択的に反射される。
【００３６】
上記（１）と（２）の場合において、図４に選択反射のスペクトルイメージを示す。適用する条件下において、筐体表面と外部熱源の輻射スペクトルが丁度クロスオーバーする波長に選択反射の閾値を設定することが望ましい。尚、両者の温度差が大きい程（例えば、外部熱源が６０００Ｋの太陽の場合）、本発明の効果も大きくなる。
【００３７】
以下にテストピースによる基本的な実施例について説明する。
【００３８】
テストピースは筐体壁面を模して以下の要領で作製した。
【００３９】
即ち、大きさ５０ｍｍ×５０ｍｍで１ｍｍ厚のアルミニウム（Ａｌ１０５０）基板にそれぞれ放射率向上・選択反射手段を施したものである。尚、裏面は何も処理しないアルミ素地のままである。
【実施例１】
【００４０】
テストピースの表面に、放射率向上手段として放射率０．９８のつや消し黒塗料を塗布した。塗料の特性により表面は微小な凹凸があり、機械研磨によって粗面化したと同等の状態となった。更にその上から、選択反射手段として平均粒径７〜８μｍ・屈折率１．５程度のガラスビーズをアクリル塗料を結合材として塗布した。選択反射領域における反射率は０．７５であった。
【実施例２】
【００４１】
実施例１において、選択反射手段のガラスビーズに代えて平均粒径７〜８μｍの微小なアクリル片を含有するパール塗料をスプレーによって塗布した。選択反射領域における反射率は０．７であった。
【実施例３】
【００４２】
実施例１において、選択反射手段のガラスビーズに代えてカットオフ波長７〜８μｍに制御した多層誘電体光学薄膜を蒸着した。選択反射領域における反射率は０．８であった。
【実施例４】
【００４３】
実施例１において、放射率向上手段のつや消し黒塗料に代えて放射率０．９５の黒アルマイト処理を施した。選択反射手段はガラスビーズで実施例１と同じである。
【実施例５】
【００４４】
実施例４において、選択反射手段のガラスビーズに代えて平均粒径７〜８μｍの微小なアクリル片を含有するパール塗料をスプレーにより塗布した。
【実施例６】
【００４５】
実施例４において、選択反射手段のガラスビーズに代えてカットオフ波長７〜８μｍに制御した多層誘電体光学薄膜を蒸着した。
【実施例７】
【００４６】
実施例１において、放射率向上手段のつや消し黒塗料に代えて放射率０．９のつや有り黒塗料を塗布した。選択反射手段はガラスビーズで実施例１と同じである。
【実施例８】
【００４７】
実施例７において、選択反射手段のガラスビーズに代えて平均粒径７〜８μｍの微小なアクリル片を含有するパール塗料をスプレーにより塗布した。
【実施例９】
【００４８】
実施例７において、選択反射手段のガラスビーズに代えてカットオフ波長７〜８μｍに制御した多層誘電体光学薄膜を蒸着した。
【００４９】
＜比較例１＞
実施例１において、選択反射手段を施さず、つや消し黒塗料のみを塗布した。
【００５０】
＜比較例２＞
実施例１において、つや消し黒塗料を塗布せず、アルミ基板の上に選択反射手段としてガラスビーズのみを直接塗布した。尚、ガラスビーズの結合材であるアクリル塗料の影響により放射率は０．５となった。
【００５１】
＜比較例３＞
何も塗布・蒸着せず、表面・裏面共にアルミ素地のままとした。放射率は０．１であった。
【００５２】
以上のテストピースの放熱性能を次に述べる方法で検証した。
【００５３】
図５に示すように、各テストピース１０はアルミ板１１の表面に高放射率化＋選択反射手段１２が施されており、その裏面中央にＫ型熱電対１３をアルミテープ１４で貼り付け、更に熱伝導性の高いシリコーンシート（以下、ＴＩＭと称する）１５を挟んでセラミックヒータ１６を取り付けた。このセラミックヒータ１６を筐体内部の熱源に見立てた。
【００５４】
又、図６に示すように、図５に示すテストピース１０と同じアルミ板２１の表面に放射率０．９８のつや消し黒塗料２２を塗布したものの裏面に、同様に熱電対２３をアルミテープ２４で貼り付け、熱伝導性の高いシリコーンシート（ＴＩＭ）２５を挟んでセラミックヒータ２６を取り付け、これを外部熱源２０とした。
【００５５】
図７に測定装置の構成を示す。
【００５６】
テストピース１０と外部熱源２０以外の部材は全て断熱材であるコルクシートを用い、熱輻射以外の伝熱経路は極力排除する構成とした。ベースコルクシート３１を敷いた上にテストピース１０を置き、セラミックヒータ１６，２６に通電して加熱した。投入電力は２Ｗとした。この状態でしばらく置き、セラミックヒータ１６の発熱量をテストピース１０からの熱輻射が熱平衡状態となったところで、テストピース１０の温度を測定した。これが「外部熱源なし」の結果である。
【００５７】
次に、コルクシートを積層して支持部材３２とした上に外部熱源２０を、つや消し黒塗料の面を下にして、２ｃｍの距離を隔ててテストピース１０と正対するように設置した。外部熱源２０の上にもコルクシート３３を積層し、熱輻射以外の伝熱経路は極力排除する構成とした。外部熱源２０のセラミックヒータ２６に４Ｗの電力を投入し、同様に熱平衡状態となったところでテストピース１０の温度を測定した。これが「外部熱源あり」の結果である。尚、このとき外部熱源２０の温度は１００〜１１０℃程度であった。
【００５８】
以上の測定条件一覧を表１に、結果の一覧を表２にそれぞれまとめた。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
表１及び表２の結果に示されるように、実施例１〜９においては、程度の差はあるものの、外部熱源なしの状態で６３〜６４℃程度、外部熱源ありの状態で７０〜７１℃程度と、外部熱源によるテストピースの温度への影響は全て７℃程度となった。これに対して、比較例１では実施例１〜９よりも正味の放射率が高いため、外部熱源なしの状態では放射伝熱量が多く、実施例１〜９よりも低い温度を示したが、一方で外部熱源ありの状態では、反射する手段がないために外部熱源からの熱輻射による影響を大きく受けてしまい、２０℃以上も温度が上昇してしまった。
【００６１】
続いて比較例２では、反射の手段を備えているために外部熱源による影響は実施例１〜９とほぼ同等となったが、表面の高放射率化手段がないために内部熱源からの伝熱を効率良く放射することができず、実施例１〜９に比べて１０℃程度温度が上昇してしまった。
【００６２】
最後に比較例３では、アルミ素地の放射率は０．１（反射率は０．９）であるため、外部熱源からの影響は殆ど受けなかったが、比較例２よりも放射率が低いため、内部熱源からの伝熱を効率良く外部に放射することができず、全テストピース中最も高い温度となってしまった。
【００６３】
以上より、高放射率化の手段と選択反射の手段はどちらが欠けても十分な放熱性能が得られず、両方を兼ね備えた実施例１〜９が内部熱源に対する放熱性能と外部熱源からの輻射熱による影響の受け難さの双方において有効であるということが検証された。
【００６４】
ここで、本検証でのテストピースと外部熱源の輻射スペクトル及び再帰反射部材・多層誘電体光学薄膜による選択反射のイメージを図８に示す。図８は筐体表面温度が７０℃、外部熱源温度が１１０℃として黒体近似スペクトルが作図されている。図８より、両者の輻射スペクトルにおいて、選択反射の閾値がピーク波長の中間付近に位置しており、外部熱源からの輻射を積極的に反射しているのを確認することができる。
【００６５】
尚，本検証では、高放射率化の手段としてつや消し黒塗料と黒アルマイト処理及びつやあり黒塗料の３種を選択し、選択反射の手段としてガラスビーズとパール塗料及び多層誘電体光学薄膜の３種を選択したが、これらに限定されるものではないことは勿論である。高放射率化の手段としては、放射率０．８以上を有する白色系塗料、他のアルマイト処理等の表面処理を選択することができ、選択反射の手段としては、他の微粒子系塗料や光学フィルター等を選択することができる。又、筐体材料に樹脂を用いる場合には、素材自体が０．８〜０．９他高い放射率を有しているため、更に表面を機械加工等によって粗面化すると一層効果的である。
【実施例１０】
【００６６】
次に、本発明に係る照明装置を車両用前照灯として使用した実施例について説明する。 図９は車両用前照灯の模式的断面図であり、本実施例では筐体５３の前面に多層誘電体光学薄膜４４を接着している。
【００６７】
筐体４３の前面はポリカーボネートで構成され、見栄えや意匠性の観点から筐体４３の前面から放熱することはできない。しかし、筐体４３の背面には１００℃を超える熱輻射が照射されており、従来構造では効率良く放熱することはできない。
【００６８】
そこで、本実施例では、本発明に係る照明装置を車両用前照灯として使用した。この車両用前照灯においては、ＬＥＤユニット４１で発生した熱は、アルミ熱伝導材４２を伝わってポリプロピレン製の筐体４３へ移動し、多層誘電体光学薄膜４４を透過して外部空気へと放熱される。尚、筐体４３の材料には、熱伝導性向上のために金属フィラーを添加し、放射率向上のために筐体４３の表面を研磨剤で粗面化して表面の放射率を０．９２としている。
【００６９】
図１０に筐体と外部発熱体からの輻射スペクトルを示し、図１１に筐体表面の反射スペクトルを示す。尚、筐体と外部発熱源の温度はそれぞれ５０℃、２００℃とした。
【００７０】
図１０及び図１１より明らかなように、筐体からの輻射スペクトルは光学薄膜のカットオフ波長よりも長波長側に位置し、外部発熱体からの輻射スペクトルは短波長側に位置するため、図９において外部発熱体４５からの熱輻射４６は反射され、筐体４３からの熱輻射４７のみが選択的に外部へ放射される。図１２に筐体内側と外側での輻射スペクトルをそれぞれ示す。
【００７１】
又、筐体の概形サイズを幅５０ｃｍ×高さ２０ｃｍ×奥行き２０ｃｍ、筐体の放熱面の面積を１０００ｃｍ2程度とした場合、本実施例の条件下では高放射率化＋選択反射構造のあり／なしで２０℃程度の温度低減効果を期待することができる。
【実施例１１】
【００７２】
次に、本発明に係る照明装置を屋外街路灯として使用した実施例について説明する。
【００７３】
図１３は屋外街路灯の模式的断面図であり、本実施例は筐体５３の表面を再帰反射材料５４で覆った例を示す。
【００７４】
図示の屋外街路灯においては、実施例１０と同様に、ＬＥＤユニット５１で発生した熱は、アルミ熱伝導材５２を伝わってアルミ筐体５３へ移動し、再帰反射材料５４を透過して外部空気へと放熱される。尚、アルミ筐体５３には、放射率向上のために表面に黒アルマイト処理が施され、表面の放射率は０．９５とされている。
【００７５】
太陽の表面温度は６０００Ｋであり、筐体５３の温度は５０℃とした場合の各輻射スペクトルを図１４にそれぞれ示す。再帰反射材料５４は、太陽光線を良く反射するように粒径を３μｍ、屈折率を２程度に制御した。
【００７６】
太陽からの輻射スペクトルのピークは再帰反射材料の粒径よりも短波長側に位置するため、太陽からの熱は再帰反射され、筐体からの輻射スペクトルのピークは再帰反射材料の粒径よりも長波長側に位置するため、筐体からの熱は反射されないで透過する。従って、図１３に示す屋外街路灯において、太陽５５からの熱輻射５６は再帰反射され、筐体５３からの熱輻射５７のみが選択的に外部へ放射される。
【００７７】
図１５に筐体内側と外側での輻射スペクトルをそれぞれ示す。外部熱源が６０００Ｋと非常に高温であるため、輻射スペクトルの分離度も大きく、太陽からの放射エネルギー（１３６６Ｗ／ｍ2）の実に９５％以上を反射することができ、非常に効率が良い。
【００７８】
又、筐体ユニットを複数個並べ、全体の概形サイズを幅３０ｃｍ×長さ１ｍ×奥行き１０ｃｍ、放熱面の面積を０．３ｍ2の屋外街路灯とした場合、本実施例の条件下では高放射率化＋選択反射構造のあり／なしで５０℃以上の温度低減効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来の照明装置における筐体表面の放熱構造を示す図である。
【図２】本発明に係る照明装置において多層誘電体光学薄膜を用いた場合の放熱構造を示す図である。
【図３】本発明に係る照明装置において再帰反射材料を用いた場合の放熱構造を示す図である。
【図４】図２に示す放熱構造における選択反射のスペクトルイメージ図である。
【図５】実施例１〜９及び比較例１〜３に用いたテストピースの構成図である。
【図６】テストピースの検証に用いた外部熱源の構成図である。
【図７】テストピースの検証を行った装置の全体構成図である。
【図８】実施例１〜９における選択反射のスペクトルイメージ図である。
【図９】車両用前照灯の模式的断面図である。
【図１０】実施例１０における筐体と外部発熱源の輻射スペクトルを示す図である。
【図１１】実施例１０における筐体表面の反射スペクトルを示す図である。
【図１２】実施例１０における筐体内側と外側での輻射スペクトルを示す図である。
【図１３】屋外街路灯の模式的断面図である。
【図１４】実施例１１における筐体と太陽の輻射スペクトルを示す図である。
【図１５】実施例１１における筐体内側と外側での輻射スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 筐体
２ 多層誘電体光学薄膜
３ 内部熱源からの伝熱
４ 筐体表面からの熱輻射
５ 外部熱源
６ 外部熱源からの熱輻射
７ 多層誘電体光学薄膜による熱反射
８ 再帰反射性部材
９ 再帰反射
１０ テストピース
１１ アルミ板
１２ 高放射率化＋選択反射手段
１３ 熱電対
１４ アルミテープ
１５ シリコーンシート（ＴＩＭ）
１６ セラミックヒータ
２０ 外部熱源
２１ アルミ板
２２ つや消し黒塗料
２３ 熱電対
２４ アルミテープ
２５ シリコーンシート（ＴＩＭ）
２６ セラミックヒータ
３１ ベースコルクシート
３２ 支持部材
３３ コルクシート
４１ ＬＥＤユニット
４２ アルミ熱伝導材
４３ 筐体
４４ 多層誘電体光学薄膜
４５ 外部発熱体
４６ 外部発熱体からの熱輻射
４７ 筐体からの熱輻射
５１ ＬＥＤユニット
５２ アルミ熱伝導材
５３ 筐体
５４ 再帰反射材料
５５ 太陽
５６ 太陽からの熱輻射
５７ 筐体からの熱輻射
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱源である光源と、該光源を収容する筐体を備えた照明装置において、
前記筐体の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段を施し、その上に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料を一面に亘って設けることによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記放射率向上手段として、筐体表面に機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つを施すことによって筐体表面の放射率を０．８以上とすることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
筐体表面に多層誘電体光学薄膜を接着し、該多層誘電体光学薄膜の分光透過率においてカットオフ波長を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側に合わせることによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
筐体表面を再帰反射性を有する材料で覆い、且つ、再帰反射の過程における粒径及び屈折率を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源をＬＥＤで構成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の照明装置。
【請求項１】
発熱源である光源と、該光源を収容する筐体を備えた照明装置において、
前記筐体の表面に赤外線領域の放射率を高める放射率向上手段を施し、その上に、分光反射率が筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御する材料を一面に亘って設けることによって、外部熱源からの輻射を遮り、内部発熱源からの熱を選択的に外部に放射することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記放射率向上手段として、筐体表面に機械加工、化成処理又は塗装の少なくとも１つを施すことによって筐体表面の放射率を０．８以上とすることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
筐体表面に多層誘電体光学薄膜を接着し、該多層誘電体光学薄膜の分光透過率においてカットオフ波長を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側に合わせることによって、筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
筐体表面を再帰反射性を有する材料で覆い、且つ、再帰反射の過程における粒径及び屈折率を筐体から発せられる輻射スペクトルが最大となる波長よりも短波長側の電磁波成分を反射するよう制御することを特徴とする請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項５】
前記光源をＬＥＤで構成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−８０３６４（Ｐ２０１０−８０３６４Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４９６８４（Ｐ２００８−２４９６８４）
【出願日】平成２０年９月２９日（２００８．９．２９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２９日（２００８．９．２９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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