ＬＥＤ照明器具
【課題】ＬＥＤの放熱効果の低減を抑え、なおかつ、十分な放熱性を実用的な大きさの灯具本体で実現可能にする。
【解決手段】正面に投光開口１０が開口した有底の灯具本体４に、ＬＥＤ光源ユニット２を前記灯具本体４の内底面４Ｃから離間して配置し、前記ＬＥＤ光源ユニット２と前記灯具本体４との内底面４Ｃとの間に、前記ＬＥＤ光源ユニットが発する熱を前記灯具本体４に伝熱する伝熱ユニット３２を備え、前記伝熱ユニット３２は、前記ＬＥＤ光源ユニット２に接触して熱を受け前記灯具本体４の内側面４Ｄに接触して伝熱する受熱部としての保持板４６を有し、前記灯具本体４の内底面４Ｃに接触する底面伝熱部５２と、前記受熱部たる保持板４６と接続された保持板取付部５０と前記底面伝熱部５２とを熱的に接続するヒートパイプ５４を備える構成のＬＥＤ照明器具。
【解決手段】正面に投光開口１０が開口した有底の灯具本体４に、ＬＥＤ光源ユニット２を前記灯具本体４の内底面４Ｃから離間して配置し、前記ＬＥＤ光源ユニット２と前記灯具本体４との内底面４Ｃとの間に、前記ＬＥＤ光源ユニットが発する熱を前記灯具本体４に伝熱する伝熱ユニット３２を備え、前記伝熱ユニット３２は、前記ＬＥＤ光源ユニット２に接触して熱を受け前記灯具本体４の内側面４Ｄに接触して伝熱する受熱部としての保持板４６を有し、前記灯具本体４の内底面４Ｃに接触する底面伝熱部５２と、前記受熱部たる保持板４６と接続された保持板取付部５０と前記底面伝熱部５２とを熱的に接続するヒートパイプ５４を備える構成のＬＥＤ照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源に備えたＬＥＤ照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤを光源とした各種のＬＥＤ照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。一方、ＬＥＤの高出力化に伴いＬＥＤの発熱量が増大していることから、ＬＥＤの寿命を延命するためにも、ＬＥＤの発熱対策が必要となっている。
そこで、従来の照明器具においては、灯具本体に多数の放熱フィンを設け、この放熱フィンから外気への伝熱作用により放熱する第１の技術や、ＬＥＤの発熱量に対して十分な熱容量を有しＬＥＤの発熱を吸収するヒートシンクを灯具本体に内蔵する第２の技術、灯具本体自体がＬＥＤの発熱量に対して十分な熱容量を有しＬＥＤの発熱を灯具本体が吸収する第３の技術などの各種の技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２３４５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記第１の技術にあっては、放熱フィン同士の間にゴミや埃が溜まり放熱効果が低減されるという問題がある。この問題は、照明器具が屋外で使用される場合に特に顕著である。さらに、照明器具の設置状態によっては、放熱フィンが取付面に近接する等して放熱フィンに空気が流通し難くなり、放熱効果が低減してしまうといった問題がある。放熱効果の低下は、ＬＥＤの短寿命化や光束低下に繋がり、照明器具の安定使用に支障をきたす。
【０００４】
また、第２の技術においては、第１の技術が有する問題は解決されるものの、ＬＥＤの発熱に対して十分な熱容量をヒートシンクに持たせるために、ヒートシンクの体積を大きくする必要がある。このため、ヒートシンクを納める灯具本体も大型化してしまう、という問題がある。また、照明器具の光束量を多くするために、ＬＥＤの数を多くし、或いは、ＬＥＤをより高出力化した場合には、ヒートシンクの大きさが実用に耐え得る大きさを超えてしまう。
【０００５】
第３の技術においては、ＬＥＤの発熱量に対して十分な熱容量を灯具本体に持たせるために、灯具本体を金属で形成し、その肉厚を十分な厚みとすることとなるが、この場合、灯具本体の質量が重くなる、といった問題がある。これにより、例えばアーム等の照明器具を取付面に保持する部材や取付面に強い強度が要求されることとなり、照明器具の設置場所に制限が生じることになる。また、第２の技術と同様に、ＬＥＤの数を増やしたり、高出力化を行ったりした場合には、実用に耐え得る灯具本体を構成することが非常に困難となる。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤの放熱効果の低減を抑え、なおかつ、十分な放熱性を実用的な大きさの灯具本体で実現可能なＬＥＤ照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、正面に投光開口が開口した有底の灯具本体に、ＬＥＤ光源を前記灯具本体の底面から離間して配置し、前記ＬＥＤ光源と前記灯具本体との底面との間に、前記ＬＥＤ光源が発する熱を前記灯具本体に伝熱する伝熱ユニットを備え、前記伝熱ユニットは、前記ＬＥＤ光源に接触して熱を受け前記灯具本体の内側面に接触して伝熱する受熱部と、前記灯具本体の底面に接触する底面伝熱部とを有するユニット本体と、前記受熱部と前記底面伝熱部とを熱的に接続するヒートパイプとを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明器具を提供する。
【０００８】
また本発明は、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記伝熱ユニットは、前記ユニット本体が高熱伝導性を有する金属材から形成され、２本以上のＵ字状に曲げた前記ヒートパイプを備えて構成され、それぞれの前記ヒートパイプが、互いに前記Ｕ字の向きを異ならせた姿勢で、直線部が前記ユニット本体の前記受熱部及び前記底面伝熱部に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記ヒートパイプの断面積、前記伝熱ユニットのユニット本体における前記受熱部と前記底面伝熱部との間の胴部の断面積、及び前記受熱部の断面積の比を、前記ＬＥＤ光源の発熱を受けた前記灯具本体の外郭の温度を略均一にする所定の比率としたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記ヒートパイプの断面積と、前記胴部の断面積と、前記受熱部の断面積の比を１：略３０：略１５としたことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記伝熱ユニットのユニット本体が、前記受熱部が接触する前記灯具本体の内側面の接触箇所と前記底面との間の中間位置で前記内側面に接触して伝熱する中間伝熱部を備えた構成もあり得る。
また、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記ヒートパイプの一端側と前記受熱部との接続点と、前記ヒートパイプの他端側と前記底面伝熱部との接続点とを結んだ直線が、投光方向に対して傾斜するように、前記ヒートパイプで前記受熱部と前記底面伝熱部とを接続する構成もあり得る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＬＥＤ光源が発する熱が伝熱ユニットを介して灯具本体に伝熱されるため、この灯具本体の外表面から外気に放熱される。このとき、受熱部によってＬＥＤ光源の熱が灯具本体の側面に伝熱されるのに加え、この受熱部とヒートパイプを介して接続された底面伝熱部にも伝熱される。この結果、灯具本体の側面のみならず底面にも伝熱し、灯具本体の外表面の略全面を使って放熱が行われる。これにより、放熱フィンを設けずとも十分に高い放熱性を実現することができ、また、灯具本体にヒートシンクを内蔵したり灯具本体自身の熱容量を大きくしたりする必要がないから、ＬＥＤの放熱効果の低減を抑え、なおかつ、十分な放熱性を実用的な大きさの灯具本体で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る照明器具の一態様たるＬＥＤ投光器１の正面図、図２はＬＥＤ投光器１の背面図、図３はＬＥＤ投光器１を側面からみた主要断面図である。
これらの図に示すように、ＬＥＤ投光器１は、ＬＥＤ光源ユニット２を納めた灯具本体４と、この灯具本体４に一体に設けられた電源ケース６と、この電源ケース６を回動自在に支持するアーム８とを有する。
灯具本体４は、図３に示すように、背面側から正面側に向かって次第に拡開した有底の箱型形状を成すように例えばアルミダイカストで構成され、その正面側の略矩形の開口によって投光開口１０が形成され、この投光開口１０にはアルミダイカストの前面枠１２が取り付けられている。本実施形態では、灯具本体４は、ＬＥＤ光源ユニット２の消費電力に対して５００００ｍｍ3／Ｗ以下の体積とし小型化が図られている。
前面枠１２は、灯具本体４の下面４Ａ側を支軸として開閉自在に構成され、灯具本体４の上面４Ｂにラッチ１３（図２）で掛止可能に構成されている。この前面枠１２には、灯具本体４の投光開口１０を閉塞する前面ガラス１４が嵌め込まれる。
【００１４】
電源ケース６は、外部電力が電力線１６を介して給電されて上記ＬＥＤ光源ユニット２に適した電力に変換して給電する電源を内蔵するものである。電源ケース６は、灯具本体４と同程度の幅を有した略箱型形状に例えばアルミダイカストを成型して構成され、灯具本体４の下面４Ａに一体に連結されている。電源ケース６の外面には、内蔵の電源の発熱を放熱するための多数の放熱フィン１８（図２、図３）が設けられている。
【００１５】
アーム８は、平板状部材を略コ字状に折り曲げ形成した支持部材であり、２箇所の先端部分の間が電源ケース６に回転支軸Ｐ回りに回動自在になるようにアーム締付ねじ２０により軸支されている。そして、アーム締付ねじ２０が緩められると、図４に示すように、電源ケース６が灯具本体４と一体となってアーム８に対して回転支軸Ｐ回りに回動可能となる。
このＬＥＤ投光器１は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、投光面が下又は上に向くように取付面Ｓに設置され、電源ケース６及び灯具本体４を回転支軸Ｐ回りに回動させて投光方向Ｑが調整される。
【００１６】
ＬＥＤ光源ユニット２は、図３に示すように、複数のＬＥＤ装置３０と、各ＬＥＤ装置３０が発する熱を灯具本体４に伝熱する伝熱ユニット３２とを備えている。
各ＬＥＤ装置３０は、図１に示すように、縦横にマトリクス状に配置されており、本実施形態では、４×６個のＬＥＤ装置３０を配列して光源を構成している。各ＬＥＤ装置３０は、図３に示すように、例えば１．２Ｗの高出力型の発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）４０と、この発光ダイオード素子４０の発光面に設けられたレンズ体４２とを、熱伝導性に優れたアルミニウム製の板状の基板４４に実装して構成されている。この基板４４は、ＬＥＤ装置３０ごとに設けても良いが、本実施形態では、２×６個の発光ダイオード素子４０を１枚の基板４４に実装した構成としている。
【００１７】
伝熱ユニット３２は、保持板４６及び、ユニット本体としての伝熱体４８を備える。
保持板４６は、高熱伝導性を有するアルミニウム材を扁平角皿状に成型してなるものであり、図３に示すように、側面４６Ａを灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱可能に密接させて灯具本体４に嵌め込み固定され、また、その扁平な面上には２枚の上記基板４４が並置されている。すなわち、保持板４６は、基板４４に実装された各ＬＥＤ装置３０が発する熱を受ける受熱部として機能し、受けた熱を、その側面４６Ａから灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱する。
このような保持板４６は、各ＬＥＤ装置３０を灯具本体４の投光開口１０の近傍に配置して灯具本体４の照明効率を高めるべく、内底面４Ｃから離間した位置（本実施形態では３０ｍｍ以上離間した位置）に配置されている。そして、この保持板４６と灯具本体４の内底面４Ｃとの間に、上記伝熱体４８が配置される。
【００１８】
図５は伝熱体４８の構成を示す図である。
伝熱体４８は、高熱伝導性を有する金属材である例えばアルミニウムから成型され、図３及び図５に示すように、保持板４６に面接触して熱的に接続される保持板取付部５０と、灯具本体４の内底面４Ｃと面接触する底面伝熱部５２とを有し、保持板取付部５０及び底面伝熱部５２の間を熱的に接続する伝熱手段としての１組のヒートパイプ５４、５６が設けられている。
この構成により、上記保持板４６に熱的に接続された保持板取付部５０からヒートパイプ５４、５６を介して底面伝熱部５２にＬＥＤ装置３０の発熱が伝熱され、この底面伝熱部５２から灯具本体４の内底面４Ｃの略全面に伝えられる。
【００１９】
すなわち、上記受熱部としての保持板４６から灯具本体４の内側面４Ｄへの伝熱に加え、底面伝熱部５２によっても灯具本体４の内底面４Ｃに伝熱されるため、ＬＥＤ装置３０の発熱が灯具本体４の略全体にわたって伝熱され、この灯具本体４の外表面の略全面を使って外気に放熱が行われることとなる。このとき、保持板４６と底面伝熱部５２とがヒートパイプ５４、５６で接続されるため、共に略同一の温度となり、この結果、保持板４６と底面伝熱部５２との各々から同程度の放熱が行われることとなる。
【００２０】
なお、ＬＥＤ装置３０を保持する保持板４６に載置する構成に限らず、伝熱体４８の保持板取付部５０に直接取付固定しても良い。この場合には、保持板取付部５０の縁部５０Ａを灯具本体４の内側面４Ｄに面接触するように引き延ばし、ＬＥＤ装置３０の発熱を内側面４Ｄに伝熱するように構成する。
【００２１】
さて、上記伝熱体４８の構成について更に詳述すると、伝熱体４８は、保持板取付部５０及び底面伝熱部５２を繋ぐ胴部５８を有し、この胴部５８の両側面５８Ａ、５８Ｂには、灯具本体４の幅方向に延びる凸条体であって、先端部が灯具本体４の内側面４Ｄに面接触する中間伝熱部６０をさらに備えている。
【００２２】
この中間伝熱部６０の先端部は、上記保持板４６の側面４６Ａが接触する内側面４Ｄの箇所と、内底面４Ｃとの間の略中間位置で灯具本体４の内側面４Ｄに面接触する。
この構成により、ＬＥＤ装置３０の発熱が保持板取付部５０及び底面伝熱部５２の各々から同程度の熱量が胴部５８を伝わって中間伝熱部６０に伝わり、これら保持板取付部５０及び底面伝熱部５２と同程度の熱を持ち、この熱が灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱される。
これにより、灯具本体４の全体に亘り略均一に熱を伝え、放熱させることができる。
【００２３】
上記胴部５８には、灯具本体４の幅方向に貫通する複数の空洞部６２が形成されており、これにより、伝熱体４８の軽量化が図られている。この空洞部６２の容積を大きくするほど軽量化の効果が得られるものの、大きすぎると中間伝熱部６０への熱伝導を阻害する恐れがある。本実施形態では、灯具本体４の容積に対して伝熱体４８の体積を１５％〜２０％程度とし、かつ、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５０％とすることで、灯具本体４の外表面における最大と最小の温度差を３℃以下としており、灯具本体４の外表面全体を使った均一な放熱を実現している。
また、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５５％とすることで、発光ダイオード４０における発光素子のジャンクション部での算出推定による温度と、灯具本体４の外表面との温度差を２５℃以下まで抑えることができ、ＬＥＤ装置３０と灯具本体４との温度差が小さい、すなわち、冷却性に優れたＬＥＤ投光器１が実現される。
【００２４】
このような伝熱体４８は、例えばアルミを押出成型して、保持板取付部５０、底面伝熱部５２、胴部５８、中間伝熱部６０及び空洞部６２を一体に構成し、各部の間に接合等によって余分な熱抵抗が生じるのを防止する構成としている。
ここで保持板取付部５０から底面伝熱部５２には、ヒートパイプ５４、５６を介した伝熱に加え、胴部５８を介しても熱が伝えられることとなるが、アルミニウムの熱伝導率は、一般的に２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1程度であり、灯具本体４に伝わるまでの距離に応じて熱伝導に損失が生まれるため、保持板取付部５０と底面伝熱部５２との間に温度差が生じる。これに対して、本実施形態のヒートパイプ５４、５６は、それぞれ高熱伝導性を有する金属材（例えばアルミニウムの熱伝導率の２３７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）に比べ約５０倍以上の熱伝導性を有し、距離に関係なくほぼ同じ熱を素早く移動することができることから、ＬＥＤ装置３０が発する熱を、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に熱の損失なく素早く伝え両者の間に温度差が生じるのを抑えることができるのである。
因みに、伝熱体４８からヒートパイプ５４、５６を取り外した構成においては、ＬＥＤ装置３０と、灯具本体４の内底面４Ｃとの温度差が４０℃にも達してしまい、ＬＥＤ装置３０の短寿命化や光束低下の要囚となる。
【００２５】
次いで、伝熱体４８へのヒートパイプ５４、５６の取付構造について説明すると、保持板取付部５０及び底面伝熱部５２の各々には、図５に示すように、保持板４６又は内底面４Ｃと接触する面内に、２本のパイプ溝６４が形成され、各パイプ溝６４に、Ｕ字状に曲れたヒートパイプ５４、５６の直線部５４Ａ、５６Ａ、５４Ｂ、５６Ｂが嵌め込まれている。このように、ヒートパイプ５４、５６をパイプ溝６４に収める構成とすることで、保持板取付部５０と保持板４６との間、及び底面伝熱部５２と内底面４Ｃとの間に、ヒートパイプ５４、５６によって隙間ができるのを防止し熱伝導性が損なわれないようになっている。
【００２６】
ここで、ヒートパイプ５６の一方の直線部５６Ａを保持板取付部５０に接続し、このヒートパイプ５６の他方の直線部５６Ｂを底面伝熱部５２に接続する際には、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に至る経路たる屈曲部５６Ｃの延びる方向が、灯具本体４の正面方向（投光方向Ｑ）に対して傾斜するように接続している。
さらに詳述すると、図４に示すように、灯具本体４は、アーム８に回動自在に保持されることで、その投光方向Ｑを調整可能に構成されている。灯具本体４の回動角α＝０度を、図４（Ａ）に示す投光方向Ｑが鉛直下向きの状態とすると、図４（Ｂ）に示すように回動角αが９０度を超えた場合、伝熱体４８にあっては、図６（Ｂ）に示すように、保持板取付部５０が底面伝熱部５２よりも上側に位置する。一方、ヒートパイプ５６は、内部に作動液を封入し、熱源側である保持板取付部５０で作動液を蒸発させ、その蒸気を放熱源側である底面伝熱部５２に移動させて凝縮することで、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に向けて熱を移動するものである。
すなわち、図６（Ｂ）のように、保持板取付部５０が底面伝熱部５２よりも上側に位置した場合、何ら対策を施さないと、ヒートパイプ５６内の作動液が放熱源側である底面伝熱部５２に溜まり、熱伝達機能が低減されることとなる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、保持板取付部５０の面が垂直になったときに（回動角α＝９０度）、この保持板取付部５０とヒートパイプ５６の一方の直線部５６Ａとの接続点ＳＡ１に対し、ヒートパイプ５６の他方の直線部５６Ｂと底面伝熱部５２との接続点ＳＡ２が上方に位置するようにし、これら２つの接続点ＳＡ１、ＳＡ２を結ぶ直線が投光方向Ｑに対して傾斜するようにしてヒートパイプ５６を取り付けている。
これにより、図６（Ａ）のように、投光方向Ｑを水平方向に向けるために、灯具本体４を回動角α＝９０度まで回動させた場合でも、ヒートパイプ５６においては、保持板取付部５０との接続点ＳＡ１が底面伝熱部５２との接続点ＳＡ２よりも下方に維持されるため、ヒートパイプ５６の伝熱機能を良好に維持することが可能となる。
【００２８】
さらに、図６（Ｂ）に示すように、灯具本体４を回動角α＞９０とした場合であっても、接続点ＳＡ１、ＳＡ２が共に同じ高さ位置になる回動角αｔｈまで、接続点ＳＡ１を接続点ＳＡ２よりも下方に位置させることができ、上記のように、ヒートパイプ５６の伝熱機能を良好に維持することが可能となる。この回動角αｔｈは、接続点ＳＡ１と接続点ＳＡ２とを結ぶ直線と、保持板取付部５０の面の法線方向（本実施形態では投光方向Ｑと一致）とが成す角度をθとした場合に、αｔｈ＝９０度＋θによって規定される。
【００２９】
ヒートパイプ５４の接続点ＳＡ１、ＳＡ２を投光方向Ｑからみて互いにずらした配置とした場合、当該伝熱体４８を灯具本体４に収める際に、灯具本体４を９０度回動させたときに、接続点ＳＡ２が接続点ＳＡ１よりも上方に位置するように注意する必要が生じる。そこで本実施形態では、伝熱体４８の天地を逆にした場合に、上記ヒートパイプ５６と同様に配置されるヒートパイプ５４を設けることで、伝熱体４８を灯具本体４に収める際に、伝熱体４８の向きを配慮する必要を無くしている。
また、このようなヒートパイプ５４を設けることで、ヒートパイプ５４及び５６のＵ字状の部分（屈曲部５４Ｃ、５６Ｃ）が互いに異なる方向を向き（非平行状態となり）、特に、本実施形態では、図６に示すように、保持板取付部５０の面の法線方向（投光方向Ｑ）の直線に対して、ヒートパイプ５４、５６が対称にレイアウトされるため、例えばヒートパイプ５４、５６が伝熱する熱量が略均等になる、等の効果を奏する。
また、これにより、上記回動角α＞αｔｈの場合でも、２本以上のヒートパイプにより良好な熱伝達機能が維持できる。
【００３０】
さらに、本実施形態では、上記の１組のヒートパイプ５４、５６を伝熱体４８に取り付ける際には、図５に示すように、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に至る経路たるヒートパイプ５４、５６の各々の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが伝熱体４８を挟んで対向するように取り付ける構成としている。
このように構成することで、ヒートパイプ５４、５６の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃのいずれかが、保持板取付部５０の面に配置した直線部５４Ａ、５６Ａよりも下側に位置するように、灯具本体４が傾けて配置された場合には、その下側に位置する方の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃに作動液が溜まることになるが、他方の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが直線部５４Ａ、５６Ａよりも必ず上側に位置するため、いずれかの直線部５４Ａ、５６Ａには必ず作動液が溜まることとなり、一方のヒートパイプ５４、５６の伝熱機能が良好に維持される。
【００３１】
このように、伝熱体４８の方向性を無くすことで、本実施形態のＬＥＤ投光器１においては、灯具本体４の投光方向Ｑの向きを任意に可変させた場合でも、発光ダイオード４０における発光素子のジャンクション部での算出推定による温度と、灯具本体４の外表面との温度差を２３℃〜２５℃の範囲に収めることができ、灯具本体４の姿勢（投光方向Ｑの向き）によらず一定の冷却性能を維持し、ＬＥＤ光源ユニット２を適正な温度に維持することができる。
【００３２】
特に、本実施形態では、ＬＥＤ光源ユニット２の発熱量のうち、約４５％が灯具本体４の外郭底面に伝熱される。この外郭底面に伝熱される熱量のうち約７５％が上述のヒートパイプ５４、５６を介して伝熱され、残り２５％が伝熱体４８により伝熱される。
また、灯具本体４の外郭側面（外郭の全部の側面）には、ＬＥＤ光源ユニット２の発熱量のうちの３５％の熱量が受熱部たる保持板４６及び中間伝熱部６０を介して伝熱され、また、２０％の熱量が底面伝熱部５２から伝熱されて合計約５５％の熱量が伝熱されるようになっている。
本実施形態では、２本のヒートパイプ５４、５６の断面積と、伝熱体４８の胴部５８の断面積と、受熱部たる保持板４６の断面積の比を１：略３０：略１５とすることで、上記のような外郭底面及び外郭側面への熱量の配分を正確に実現している。
このようにしてＬＥＤ光源ユニット２の発熱量の伝熱量を配分することで、灯具本体４の外郭の温度が全体的に略均一になり、灯具本体４の外郭表面全体を放熱体として効率良く使用して外気に放熱させ、ＬＥＤ光源ユニット２の温度を適正な温度に抑えられる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤ光源ユニット２と灯具本体４との内底面４Ｃとの間に、ＬＥＤ光源ユニット２が発する熱を灯具本体４に伝熱する伝熱ユニット３２を設け、この伝熱ユニット３２を、ＬＥＤ光源ユニット２の基板４４の全面に面接触して該ＬＥＤ光源ユニット２から熱を受け、灯具本体４の内側面４Ｄに接触して伝熱する受熱部たる保持板４６に加え、灯具本体４の内底面４Ｃの略全面に面接触する底面伝熱部５２と、保持板４６と底面伝熱部５２とを熱的に接続するヒートパイプ５４を備えて構成した。
【００３４】
この構成によれば、ＬＥＤ光源ユニット２が発する熱が、保持板４６によって灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱されるのに加え、この保持板４６からヒートパイプ５４を介して底面伝熱部５２にも伝熱される。この結果、灯具本体４の側面のみならず内底面４Ｃにも側面と均等に熱が伝熱し、灯具本体４の外表面の略全面を使って放熱が行われる。
これにより、灯具本体４に放熱フィンを設けずとも十分に高い放熱性を実現することができ、また、灯具本体４にヒートシンクを内蔵したり、灯具本体４自信の熱容量を大きくしたりする必要がないから、ＬＥＤの放熱効果の低減を抑え、なおかつ、十分な放熱性を実用的な大きさの灯具本体４で実現することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、伝熱ユニット３２の伝熱体４８に、受熱部たる保持板４６及び底面伝熱部５２と熱的に接続され、保持板４６が接触する灯具本体４の内側面４Ｄの箇所と内底面４Ｃとの間の中間位置で内側面４Ｄに接触して伝熱する中間伝熱部６０を設ける構成としたため、灯具本体４の側面全体の温度ムラを抑制し、灯具本体４の外表面全体から略均一に放熱を行わせることができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、伝熱ユニット３２の伝熱体４８を、高熱伝導性を有するアルミの押出成型により一体成型すると共に、受熱部たる保持板４６に接触して熱的に接続された保持板取付部５０と、底面伝熱部５２との間の胴部５８に空洞部６２を設ける構成としたため、伝熱体４８の軽量化が図られる。
【００３７】
特に、灯具本体４の容積に対して伝熱体４８の体積を１５％〜２０％程度とし、かつ、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５０％とすることで、灯具本体４の外表面における最大と最小の温度差を３℃以下とし、灯具本体４の外表面全体に均一にＬＥＤ光源ユニット２の発熱を伝えることができる。
また、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５５％とすることで、ＬＥＤ装置３０の基板４４と保持板４６（保持板取付部５０）との間の接触箇所と、灯具本体４の外表面との温度差を２５℃以下まで抑えることができ、冷却性に優れたＬＥＤ投光器１が実現される。
【００３８】
また、本実施形態によれば、ヒートパイプ５４の一端側と受熱部たる保持板４６（保持板取付部５０）との接続点ＳＡ１と、ヒートパイプ５４の他端側と底面伝熱部５２との接続点ＳＡ２とを結んだ直線が、投光方向Ｑに対して傾斜するように、ヒートパイプ５４で保持板取付部５０と底面伝熱部５２とを接続する構成としたため、投光方向Ｑを略水平に向けた場合であっても、接続点ＳＡ１が接続点ＳＡ２よりも下方に位置し、ヒートパイプ５４の伝熱機能を良好に維持することができる。
【００３９】
本実施形態では、２本のヒートパイプ５４、５６の断面積と、伝熱体４８の胴部５８の断面積と、受熱部たる保持板４６の断面積の比を１：略３０：略１５といった所定の比率とすることで、灯具本体４の外郭表面全体の温度が略均一になり、灯具本体４の外郭表面全体を放熱体として効率良く使用して外気に放熱させ、ＬＥＤ光源ユニット２の温度を適正な温度に抑えることができる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、１組のヒートパイプ５４、５６の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが、灯具本体４の側面からみて互いに交差するように設けたが、これに限らず、屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが保持板取付部５０の法線方向を軸にして対称であれば良く、例えばハの字状に設けても良い。
また例えば、上述した実施形態では、本発明のＬＥＤ照明器具を投光器に適用した場合を説明したが、これに限らず、ＬＥＤ光源を灯具本体に納めた構成の照明器具であれば、任意の照明器具に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る照明器具の一態様たるＬＥＤ投光器の正面図である。
【図２】ＬＥＤ投光器の背面図である。
【図３】ＬＥＤ投光器を側面からみた主要断面図である。
【図４】ＬＥＤ投光器の取付態様を示す図である。
【図５】伝熱体の構成を示す図である。
【図６】１組のヒートパイプの取付態様を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ＬＥＤ投光器
２ ＬＥＤ光源ユニット
４ 灯具本体
４Ｃ 内底面
４Ｄ 内側面
１０ 投光開口
３０ ＬＥＤ装置
３２ 伝熱ユニット
４０ 発光ダイオード素子
４６ 保持板
４８ 伝熱体
５０ 保持板取付部
５２ 底面伝熱部
５４、５６ ヒートパイプ
５８ 胴部
６０ 中間伝熱部
６２ 空洞部
Ｑ 投光方向
ＳＡ１、ＳＡ２ 接続点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を光源に備えたＬＥＤ照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤを光源とした各種のＬＥＤ照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。一方、ＬＥＤの高出力化に伴いＬＥＤの発熱量が増大していることから、ＬＥＤの寿命を延命するためにも、ＬＥＤの発熱対策が必要となっている。
そこで、従来の照明器具においては、灯具本体に多数の放熱フィンを設け、この放熱フィンから外気への伝熱作用により放熱する第１の技術や、ＬＥＤの発熱量に対して十分な熱容量を有しＬＥＤの発熱を吸収するヒートシンクを灯具本体に内蔵する第２の技術、灯具本体自体がＬＥＤの発熱量に対して十分な熱容量を有しＬＥＤの発熱を灯具本体が吸収する第３の技術などの各種の技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２３４５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記第１の技術にあっては、放熱フィン同士の間にゴミや埃が溜まり放熱効果が低減されるという問題がある。この問題は、照明器具が屋外で使用される場合に特に顕著である。さらに、照明器具の設置状態によっては、放熱フィンが取付面に近接する等して放熱フィンに空気が流通し難くなり、放熱効果が低減してしまうといった問題がある。放熱効果の低下は、ＬＥＤの短寿命化や光束低下に繋がり、照明器具の安定使用に支障をきたす。
【０００４】
また、第２の技術においては、第１の技術が有する問題は解決されるものの、ＬＥＤの発熱に対して十分な熱容量をヒートシンクに持たせるために、ヒートシンクの体積を大きくする必要がある。このため、ヒートシンクを納める灯具本体も大型化してしまう、という問題がある。また、照明器具の光束量を多くするために、ＬＥＤの数を多くし、或いは、ＬＥＤをより高出力化した場合には、ヒートシンクの大きさが実用に耐え得る大きさを超えてしまう。
【０００５】
第３の技術においては、ＬＥＤの発熱量に対して十分な熱容量を灯具本体に持たせるために、灯具本体を金属で形成し、その肉厚を十分な厚みとすることとなるが、この場合、灯具本体の質量が重くなる、といった問題がある。これにより、例えばアーム等の照明器具を取付面に保持する部材や取付面に強い強度が要求されることとなり、照明器具の設置場所に制限が生じることになる。また、第２の技術と同様に、ＬＥＤの数を増やしたり、高出力化を行ったりした場合には、実用に耐え得る灯具本体を構成することが非常に困難となる。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤの放熱効果の低減を抑え、なおかつ、十分な放熱性を実用的な大きさの灯具本体で実現可能なＬＥＤ照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、正面に投光開口が開口した有底の灯具本体に、ＬＥＤ光源を前記灯具本体の底面から離間して配置し、前記ＬＥＤ光源と前記灯具本体との底面との間に、前記ＬＥＤ光源が発する熱を前記灯具本体に伝熱する伝熱ユニットを備え、前記伝熱ユニットは、前記ＬＥＤ光源に接触して熱を受け前記灯具本体の内側面に接触して伝熱する受熱部と、前記灯具本体の底面に接触する底面伝熱部とを有するユニット本体と、前記受熱部と前記底面伝熱部とを熱的に接続するヒートパイプとを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明器具を提供する。
【０００８】
また本発明は、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記伝熱ユニットは、前記ユニット本体が高熱伝導性を有する金属材から形成され、２本以上のＵ字状に曲げた前記ヒートパイプを備えて構成され、それぞれの前記ヒートパイプが、互いに前記Ｕ字の向きを異ならせた姿勢で、直線部が前記ユニット本体の前記受熱部及び前記底面伝熱部に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記ヒートパイプの断面積、前記伝熱ユニットのユニット本体における前記受熱部と前記底面伝熱部との間の胴部の断面積、及び前記受熱部の断面積の比を、前記ＬＥＤ光源の発熱を受けた前記灯具本体の外郭の温度を略均一にする所定の比率としたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記ヒートパイプの断面積と、前記胴部の断面積と、前記受熱部の断面積の比を１：略３０：略１５としたことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記伝熱ユニットのユニット本体が、前記受熱部が接触する前記灯具本体の内側面の接触箇所と前記底面との間の中間位置で前記内側面に接触して伝熱する中間伝熱部を備えた構成もあり得る。
また、上記本発明に係るＬＥＤ照明器具において、前記ヒートパイプの一端側と前記受熱部との接続点と、前記ヒートパイプの他端側と前記底面伝熱部との接続点とを結んだ直線が、投光方向に対して傾斜するように、前記ヒートパイプで前記受熱部と前記底面伝熱部とを接続する構成もあり得る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＬＥＤ光源が発する熱が伝熱ユニットを介して灯具本体に伝熱されるため、この灯具本体の外表面から外気に放熱される。このとき、受熱部によってＬＥＤ光源の熱が灯具本体の側面に伝熱されるのに加え、この受熱部とヒートパイプを介して接続された底面伝熱部にも伝熱される。この結果、灯具本体の側面のみならず底面にも伝熱し、灯具本体の外表面の略全面を使って放熱が行われる。これにより、放熱フィンを設けずとも十分に高い放熱性を実現することができ、また、灯具本体にヒートシンクを内蔵したり灯具本体自身の熱容量を大きくしたりする必要がないから、ＬＥＤの放熱効果の低減を抑え、なおかつ、十分な放熱性を実用的な大きさの灯具本体で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る照明器具の一態様たるＬＥＤ投光器１の正面図、図２はＬＥＤ投光器１の背面図、図３はＬＥＤ投光器１を側面からみた主要断面図である。
これらの図に示すように、ＬＥＤ投光器１は、ＬＥＤ光源ユニット２を納めた灯具本体４と、この灯具本体４に一体に設けられた電源ケース６と、この電源ケース６を回動自在に支持するアーム８とを有する。
灯具本体４は、図３に示すように、背面側から正面側に向かって次第に拡開した有底の箱型形状を成すように例えばアルミダイカストで構成され、その正面側の略矩形の開口によって投光開口１０が形成され、この投光開口１０にはアルミダイカストの前面枠１２が取り付けられている。本実施形態では、灯具本体４は、ＬＥＤ光源ユニット２の消費電力に対して５００００ｍｍ3／Ｗ以下の体積とし小型化が図られている。
前面枠１２は、灯具本体４の下面４Ａ側を支軸として開閉自在に構成され、灯具本体４の上面４Ｂにラッチ１３（図２）で掛止可能に構成されている。この前面枠１２には、灯具本体４の投光開口１０を閉塞する前面ガラス１４が嵌め込まれる。
【００１４】
電源ケース６は、外部電力が電力線１６を介して給電されて上記ＬＥＤ光源ユニット２に適した電力に変換して給電する電源を内蔵するものである。電源ケース６は、灯具本体４と同程度の幅を有した略箱型形状に例えばアルミダイカストを成型して構成され、灯具本体４の下面４Ａに一体に連結されている。電源ケース６の外面には、内蔵の電源の発熱を放熱するための多数の放熱フィン１８（図２、図３）が設けられている。
【００１５】
アーム８は、平板状部材を略コ字状に折り曲げ形成した支持部材であり、２箇所の先端部分の間が電源ケース６に回転支軸Ｐ回りに回動自在になるようにアーム締付ねじ２０により軸支されている。そして、アーム締付ねじ２０が緩められると、図４に示すように、電源ケース６が灯具本体４と一体となってアーム８に対して回転支軸Ｐ回りに回動可能となる。
このＬＥＤ投光器１は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、投光面が下又は上に向くように取付面Ｓに設置され、電源ケース６及び灯具本体４を回転支軸Ｐ回りに回動させて投光方向Ｑが調整される。
【００１６】
ＬＥＤ光源ユニット２は、図３に示すように、複数のＬＥＤ装置３０と、各ＬＥＤ装置３０が発する熱を灯具本体４に伝熱する伝熱ユニット３２とを備えている。
各ＬＥＤ装置３０は、図１に示すように、縦横にマトリクス状に配置されており、本実施形態では、４×６個のＬＥＤ装置３０を配列して光源を構成している。各ＬＥＤ装置３０は、図３に示すように、例えば１．２Ｗの高出力型の発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）４０と、この発光ダイオード素子４０の発光面に設けられたレンズ体４２とを、熱伝導性に優れたアルミニウム製の板状の基板４４に実装して構成されている。この基板４４は、ＬＥＤ装置３０ごとに設けても良いが、本実施形態では、２×６個の発光ダイオード素子４０を１枚の基板４４に実装した構成としている。
【００１７】
伝熱ユニット３２は、保持板４６及び、ユニット本体としての伝熱体４８を備える。
保持板４６は、高熱伝導性を有するアルミニウム材を扁平角皿状に成型してなるものであり、図３に示すように、側面４６Ａを灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱可能に密接させて灯具本体４に嵌め込み固定され、また、その扁平な面上には２枚の上記基板４４が並置されている。すなわち、保持板４６は、基板４４に実装された各ＬＥＤ装置３０が発する熱を受ける受熱部として機能し、受けた熱を、その側面４６Ａから灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱する。
このような保持板４６は、各ＬＥＤ装置３０を灯具本体４の投光開口１０の近傍に配置して灯具本体４の照明効率を高めるべく、内底面４Ｃから離間した位置（本実施形態では３０ｍｍ以上離間した位置）に配置されている。そして、この保持板４６と灯具本体４の内底面４Ｃとの間に、上記伝熱体４８が配置される。
【００１８】
図５は伝熱体４８の構成を示す図である。
伝熱体４８は、高熱伝導性を有する金属材である例えばアルミニウムから成型され、図３及び図５に示すように、保持板４６に面接触して熱的に接続される保持板取付部５０と、灯具本体４の内底面４Ｃと面接触する底面伝熱部５２とを有し、保持板取付部５０及び底面伝熱部５２の間を熱的に接続する伝熱手段としての１組のヒートパイプ５４、５６が設けられている。
この構成により、上記保持板４６に熱的に接続された保持板取付部５０からヒートパイプ５４、５６を介して底面伝熱部５２にＬＥＤ装置３０の発熱が伝熱され、この底面伝熱部５２から灯具本体４の内底面４Ｃの略全面に伝えられる。
【００１９】
すなわち、上記受熱部としての保持板４６から灯具本体４の内側面４Ｄへの伝熱に加え、底面伝熱部５２によっても灯具本体４の内底面４Ｃに伝熱されるため、ＬＥＤ装置３０の発熱が灯具本体４の略全体にわたって伝熱され、この灯具本体４の外表面の略全面を使って外気に放熱が行われることとなる。このとき、保持板４６と底面伝熱部５２とがヒートパイプ５４、５６で接続されるため、共に略同一の温度となり、この結果、保持板４６と底面伝熱部５２との各々から同程度の放熱が行われることとなる。
【００２０】
なお、ＬＥＤ装置３０を保持する保持板４６に載置する構成に限らず、伝熱体４８の保持板取付部５０に直接取付固定しても良い。この場合には、保持板取付部５０の縁部５０Ａを灯具本体４の内側面４Ｄに面接触するように引き延ばし、ＬＥＤ装置３０の発熱を内側面４Ｄに伝熱するように構成する。
【００２１】
さて、上記伝熱体４８の構成について更に詳述すると、伝熱体４８は、保持板取付部５０及び底面伝熱部５２を繋ぐ胴部５８を有し、この胴部５８の両側面５８Ａ、５８Ｂには、灯具本体４の幅方向に延びる凸条体であって、先端部が灯具本体４の内側面４Ｄに面接触する中間伝熱部６０をさらに備えている。
【００２２】
この中間伝熱部６０の先端部は、上記保持板４６の側面４６Ａが接触する内側面４Ｄの箇所と、内底面４Ｃとの間の略中間位置で灯具本体４の内側面４Ｄに面接触する。
この構成により、ＬＥＤ装置３０の発熱が保持板取付部５０及び底面伝熱部５２の各々から同程度の熱量が胴部５８を伝わって中間伝熱部６０に伝わり、これら保持板取付部５０及び底面伝熱部５２と同程度の熱を持ち、この熱が灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱される。
これにより、灯具本体４の全体に亘り略均一に熱を伝え、放熱させることができる。
【００２３】
上記胴部５８には、灯具本体４の幅方向に貫通する複数の空洞部６２が形成されており、これにより、伝熱体４８の軽量化が図られている。この空洞部６２の容積を大きくするほど軽量化の効果が得られるものの、大きすぎると中間伝熱部６０への熱伝導を阻害する恐れがある。本実施形態では、灯具本体４の容積に対して伝熱体４８の体積を１５％〜２０％程度とし、かつ、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５０％とすることで、灯具本体４の外表面における最大と最小の温度差を３℃以下としており、灯具本体４の外表面全体を使った均一な放熱を実現している。
また、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５５％とすることで、発光ダイオード４０における発光素子のジャンクション部での算出推定による温度と、灯具本体４の外表面との温度差を２５℃以下まで抑えることができ、ＬＥＤ装置３０と灯具本体４との温度差が小さい、すなわち、冷却性に優れたＬＥＤ投光器１が実現される。
【００２４】
このような伝熱体４８は、例えばアルミを押出成型して、保持板取付部５０、底面伝熱部５２、胴部５８、中間伝熱部６０及び空洞部６２を一体に構成し、各部の間に接合等によって余分な熱抵抗が生じるのを防止する構成としている。
ここで保持板取付部５０から底面伝熱部５２には、ヒートパイプ５４、５６を介した伝熱に加え、胴部５８を介しても熱が伝えられることとなるが、アルミニウムの熱伝導率は、一般的に２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1程度であり、灯具本体４に伝わるまでの距離に応じて熱伝導に損失が生まれるため、保持板取付部５０と底面伝熱部５２との間に温度差が生じる。これに対して、本実施形態のヒートパイプ５４、５６は、それぞれ高熱伝導性を有する金属材（例えばアルミニウムの熱伝導率の２３７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）に比べ約５０倍以上の熱伝導性を有し、距離に関係なくほぼ同じ熱を素早く移動することができることから、ＬＥＤ装置３０が発する熱を、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に熱の損失なく素早く伝え両者の間に温度差が生じるのを抑えることができるのである。
因みに、伝熱体４８からヒートパイプ５４、５６を取り外した構成においては、ＬＥＤ装置３０と、灯具本体４の内底面４Ｃとの温度差が４０℃にも達してしまい、ＬＥＤ装置３０の短寿命化や光束低下の要囚となる。
【００２５】
次いで、伝熱体４８へのヒートパイプ５４、５６の取付構造について説明すると、保持板取付部５０及び底面伝熱部５２の各々には、図５に示すように、保持板４６又は内底面４Ｃと接触する面内に、２本のパイプ溝６４が形成され、各パイプ溝６４に、Ｕ字状に曲れたヒートパイプ５４、５６の直線部５４Ａ、５６Ａ、５４Ｂ、５６Ｂが嵌め込まれている。このように、ヒートパイプ５４、５６をパイプ溝６４に収める構成とすることで、保持板取付部５０と保持板４６との間、及び底面伝熱部５２と内底面４Ｃとの間に、ヒートパイプ５４、５６によって隙間ができるのを防止し熱伝導性が損なわれないようになっている。
【００２６】
ここで、ヒートパイプ５６の一方の直線部５６Ａを保持板取付部５０に接続し、このヒートパイプ５６の他方の直線部５６Ｂを底面伝熱部５２に接続する際には、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に至る経路たる屈曲部５６Ｃの延びる方向が、灯具本体４の正面方向（投光方向Ｑ）に対して傾斜するように接続している。
さらに詳述すると、図４に示すように、灯具本体４は、アーム８に回動自在に保持されることで、その投光方向Ｑを調整可能に構成されている。灯具本体４の回動角α＝０度を、図４（Ａ）に示す投光方向Ｑが鉛直下向きの状態とすると、図４（Ｂ）に示すように回動角αが９０度を超えた場合、伝熱体４８にあっては、図６（Ｂ）に示すように、保持板取付部５０が底面伝熱部５２よりも上側に位置する。一方、ヒートパイプ５６は、内部に作動液を封入し、熱源側である保持板取付部５０で作動液を蒸発させ、その蒸気を放熱源側である底面伝熱部５２に移動させて凝縮することで、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に向けて熱を移動するものである。
すなわち、図６（Ｂ）のように、保持板取付部５０が底面伝熱部５２よりも上側に位置した場合、何ら対策を施さないと、ヒートパイプ５６内の作動液が放熱源側である底面伝熱部５２に溜まり、熱伝達機能が低減されることとなる。
【００２７】
そこで、本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、保持板取付部５０の面が垂直になったときに（回動角α＝９０度）、この保持板取付部５０とヒートパイプ５６の一方の直線部５６Ａとの接続点ＳＡ１に対し、ヒートパイプ５６の他方の直線部５６Ｂと底面伝熱部５２との接続点ＳＡ２が上方に位置するようにし、これら２つの接続点ＳＡ１、ＳＡ２を結ぶ直線が投光方向Ｑに対して傾斜するようにしてヒートパイプ５６を取り付けている。
これにより、図６（Ａ）のように、投光方向Ｑを水平方向に向けるために、灯具本体４を回動角α＝９０度まで回動させた場合でも、ヒートパイプ５６においては、保持板取付部５０との接続点ＳＡ１が底面伝熱部５２との接続点ＳＡ２よりも下方に維持されるため、ヒートパイプ５６の伝熱機能を良好に維持することが可能となる。
【００２８】
さらに、図６（Ｂ）に示すように、灯具本体４を回動角α＞９０とした場合であっても、接続点ＳＡ１、ＳＡ２が共に同じ高さ位置になる回動角αｔｈまで、接続点ＳＡ１を接続点ＳＡ２よりも下方に位置させることができ、上記のように、ヒートパイプ５６の伝熱機能を良好に維持することが可能となる。この回動角αｔｈは、接続点ＳＡ１と接続点ＳＡ２とを結ぶ直線と、保持板取付部５０の面の法線方向（本実施形態では投光方向Ｑと一致）とが成す角度をθとした場合に、αｔｈ＝９０度＋θによって規定される。
【００２９】
ヒートパイプ５４の接続点ＳＡ１、ＳＡ２を投光方向Ｑからみて互いにずらした配置とした場合、当該伝熱体４８を灯具本体４に収める際に、灯具本体４を９０度回動させたときに、接続点ＳＡ２が接続点ＳＡ１よりも上方に位置するように注意する必要が生じる。そこで本実施形態では、伝熱体４８の天地を逆にした場合に、上記ヒートパイプ５６と同様に配置されるヒートパイプ５４を設けることで、伝熱体４８を灯具本体４に収める際に、伝熱体４８の向きを配慮する必要を無くしている。
また、このようなヒートパイプ５４を設けることで、ヒートパイプ５４及び５６のＵ字状の部分（屈曲部５４Ｃ、５６Ｃ）が互いに異なる方向を向き（非平行状態となり）、特に、本実施形態では、図６に示すように、保持板取付部５０の面の法線方向（投光方向Ｑ）の直線に対して、ヒートパイプ５４、５６が対称にレイアウトされるため、例えばヒートパイプ５４、５６が伝熱する熱量が略均等になる、等の効果を奏する。
また、これにより、上記回動角α＞αｔｈの場合でも、２本以上のヒートパイプにより良好な熱伝達機能が維持できる。
【００３０】
さらに、本実施形態では、上記の１組のヒートパイプ５４、５６を伝熱体４８に取り付ける際には、図５に示すように、保持板取付部５０から底面伝熱部５２に至る経路たるヒートパイプ５４、５６の各々の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが伝熱体４８を挟んで対向するように取り付ける構成としている。
このように構成することで、ヒートパイプ５４、５６の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃのいずれかが、保持板取付部５０の面に配置した直線部５４Ａ、５６Ａよりも下側に位置するように、灯具本体４が傾けて配置された場合には、その下側に位置する方の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃに作動液が溜まることになるが、他方の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが直線部５４Ａ、５６Ａよりも必ず上側に位置するため、いずれかの直線部５４Ａ、５６Ａには必ず作動液が溜まることとなり、一方のヒートパイプ５４、５６の伝熱機能が良好に維持される。
【００３１】
このように、伝熱体４８の方向性を無くすことで、本実施形態のＬＥＤ投光器１においては、灯具本体４の投光方向Ｑの向きを任意に可変させた場合でも、発光ダイオード４０における発光素子のジャンクション部での算出推定による温度と、灯具本体４の外表面との温度差を２３℃〜２５℃の範囲に収めることができ、灯具本体４の姿勢（投光方向Ｑの向き）によらず一定の冷却性能を維持し、ＬＥＤ光源ユニット２を適正な温度に維持することができる。
【００３２】
特に、本実施形態では、ＬＥＤ光源ユニット２の発熱量のうち、約４５％が灯具本体４の外郭底面に伝熱される。この外郭底面に伝熱される熱量のうち約７５％が上述のヒートパイプ５４、５６を介して伝熱され、残り２５％が伝熱体４８により伝熱される。
また、灯具本体４の外郭側面（外郭の全部の側面）には、ＬＥＤ光源ユニット２の発熱量のうちの３５％の熱量が受熱部たる保持板４６及び中間伝熱部６０を介して伝熱され、また、２０％の熱量が底面伝熱部５２から伝熱されて合計約５５％の熱量が伝熱されるようになっている。
本実施形態では、２本のヒートパイプ５４、５６の断面積と、伝熱体４８の胴部５８の断面積と、受熱部たる保持板４６の断面積の比を１：略３０：略１５とすることで、上記のような外郭底面及び外郭側面への熱量の配分を正確に実現している。
このようにしてＬＥＤ光源ユニット２の発熱量の伝熱量を配分することで、灯具本体４の外郭の温度が全体的に略均一になり、灯具本体４の外郭表面全体を放熱体として効率良く使用して外気に放熱させ、ＬＥＤ光源ユニット２の温度を適正な温度に抑えられる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤ光源ユニット２と灯具本体４との内底面４Ｃとの間に、ＬＥＤ光源ユニット２が発する熱を灯具本体４に伝熱する伝熱ユニット３２を設け、この伝熱ユニット３２を、ＬＥＤ光源ユニット２の基板４４の全面に面接触して該ＬＥＤ光源ユニット２から熱を受け、灯具本体４の内側面４Ｄに接触して伝熱する受熱部たる保持板４６に加え、灯具本体４の内底面４Ｃの略全面に面接触する底面伝熱部５２と、保持板４６と底面伝熱部５２とを熱的に接続するヒートパイプ５４を備えて構成した。
【００３４】
この構成によれば、ＬＥＤ光源ユニット２が発する熱が、保持板４６によって灯具本体４の内側面４Ｄに伝熱されるのに加え、この保持板４６からヒートパイプ５４を介して底面伝熱部５２にも伝熱される。この結果、灯具本体４の側面のみならず内底面４Ｃにも側面と均等に熱が伝熱し、灯具本体４の外表面の略全面を使って放熱が行われる。
これにより、灯具本体４に放熱フィンを設けずとも十分に高い放熱性を実現することができ、また、灯具本体４にヒートシンクを内蔵したり、灯具本体４自信の熱容量を大きくしたりする必要がないから、ＬＥＤの放熱効果の低減を抑え、なおかつ、十分な放熱性を実用的な大きさの灯具本体４で実現することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、伝熱ユニット３２の伝熱体４８に、受熱部たる保持板４６及び底面伝熱部５２と熱的に接続され、保持板４６が接触する灯具本体４の内側面４Ｄの箇所と内底面４Ｃとの間の中間位置で内側面４Ｄに接触して伝熱する中間伝熱部６０を設ける構成としたため、灯具本体４の側面全体の温度ムラを抑制し、灯具本体４の外表面全体から略均一に放熱を行わせることができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、伝熱ユニット３２の伝熱体４８を、高熱伝導性を有するアルミの押出成型により一体成型すると共に、受熱部たる保持板４６に接触して熱的に接続された保持板取付部５０と、底面伝熱部５２との間の胴部５８に空洞部６２を設ける構成としたため、伝熱体４８の軽量化が図られる。
【００３７】
特に、灯具本体４の容積に対して伝熱体４８の体積を１５％〜２０％程度とし、かつ、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５０％とすることで、灯具本体４の外表面における最大と最小の温度差を３℃以下とし、灯具本体４の外表面全体に均一にＬＥＤ光源ユニット２の発熱を伝えることができる。
また、伝熱体４８の体積に対して空洞部６２の容積を４０％〜５５％とすることで、ＬＥＤ装置３０の基板４４と保持板４６（保持板取付部５０）との間の接触箇所と、灯具本体４の外表面との温度差を２５℃以下まで抑えることができ、冷却性に優れたＬＥＤ投光器１が実現される。
【００３８】
また、本実施形態によれば、ヒートパイプ５４の一端側と受熱部たる保持板４６（保持板取付部５０）との接続点ＳＡ１と、ヒートパイプ５４の他端側と底面伝熱部５２との接続点ＳＡ２とを結んだ直線が、投光方向Ｑに対して傾斜するように、ヒートパイプ５４で保持板取付部５０と底面伝熱部５２とを接続する構成としたため、投光方向Ｑを略水平に向けた場合であっても、接続点ＳＡ１が接続点ＳＡ２よりも下方に位置し、ヒートパイプ５４の伝熱機能を良好に維持することができる。
【００３９】
本実施形態では、２本のヒートパイプ５４、５６の断面積と、伝熱体４８の胴部５８の断面積と、受熱部たる保持板４６の断面積の比を１：略３０：略１５といった所定の比率とすることで、灯具本体４の外郭表面全体の温度が略均一になり、灯具本体４の外郭表面全体を放熱体として効率良く使用して外気に放熱させ、ＬＥＤ光源ユニット２の温度を適正な温度に抑えることができる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、１組のヒートパイプ５４、５６の屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが、灯具本体４の側面からみて互いに交差するように設けたが、これに限らず、屈曲部５４Ｃ、５６Ｃが保持板取付部５０の法線方向を軸にして対称であれば良く、例えばハの字状に設けても良い。
また例えば、上述した実施形態では、本発明のＬＥＤ照明器具を投光器に適用した場合を説明したが、これに限らず、ＬＥＤ光源を灯具本体に納めた構成の照明器具であれば、任意の照明器具に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る照明器具の一態様たるＬＥＤ投光器の正面図である。
【図２】ＬＥＤ投光器の背面図である。
【図３】ＬＥＤ投光器を側面からみた主要断面図である。
【図４】ＬＥＤ投光器の取付態様を示す図である。
【図５】伝熱体の構成を示す図である。
【図６】１組のヒートパイプの取付態様を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ ＬＥＤ投光器
２ ＬＥＤ光源ユニット
４ 灯具本体
４Ｃ 内底面
４Ｄ 内側面
１０ 投光開口
３０ ＬＥＤ装置
３２ 伝熱ユニット
４０ 発光ダイオード素子
４６ 保持板
４８ 伝熱体
５０ 保持板取付部
５２ 底面伝熱部
５４、５６ ヒートパイプ
５８ 胴部
６０ 中間伝熱部
６２ 空洞部
Ｑ 投光方向
ＳＡ１、ＳＡ２ 接続点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正面に投光開口が開口した有底の灯具本体に、ＬＥＤ光源を前記灯具本体の底面から離間して配置し、前記ＬＥＤ光源と前記灯具本体との底面との間に、前記ＬＥＤ光源が発する熱を前記灯具本体に伝熱する伝熱ユニットを備え、
前記伝熱ユニットは、前記ＬＥＤ光源に接触して熱を受け前記灯具本体の内側面に接触して伝熱する受熱部と、前記灯具本体の底面に接触する底面伝熱部とを有するユニット本体と、前記受熱部と前記底面伝熱部とを熱的に接続するヒートパイプとを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明器具。
【請求項２】
前記伝熱ユニットは、前記ユニット本体が高熱伝導性を有する金属材から形成され、２本以上のＵ字状に曲げた前記ヒートパイプを備えて構成され、それぞれの前記ヒートパイプが、互いに前記Ｕ字の向きを異ならせた姿勢で、直線部が前記ユニット本体の前記受熱部及び前記底面伝熱部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３】
前記ヒートパイプの断面積、前記伝熱ユニットのユニット本体における前記受熱部と前記底面伝熱部との間の胴部の断面積、及び前記受熱部の断面積の比を、前記ＬＥＤ光源の発熱を受けた前記灯具本体の外郭の温度を略均一にする所定の比率としたことを特徴とする請求項１及び２に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４】
前記ヒートパイプの断面積と、前記胴部の断面積と、前記受熱部の断面積の比を１：略３０：略１５としたことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項１】
正面に投光開口が開口した有底の灯具本体に、ＬＥＤ光源を前記灯具本体の底面から離間して配置し、前記ＬＥＤ光源と前記灯具本体との底面との間に、前記ＬＥＤ光源が発する熱を前記灯具本体に伝熱する伝熱ユニットを備え、
前記伝熱ユニットは、前記ＬＥＤ光源に接触して熱を受け前記灯具本体の内側面に接触して伝熱する受熱部と、前記灯具本体の底面に接触する底面伝熱部とを有するユニット本体と、前記受熱部と前記底面伝熱部とを熱的に接続するヒートパイプとを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明器具。
【請求項２】
前記伝熱ユニットは、前記ユニット本体が高熱伝導性を有する金属材から形成され、２本以上のＵ字状に曲げた前記ヒートパイプを備えて構成され、それぞれの前記ヒートパイプが、互いに前記Ｕ字の向きを異ならせた姿勢で、直線部が前記ユニット本体の前記受熱部及び前記底面伝熱部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３】
前記ヒートパイプの断面積、前記伝熱ユニットのユニット本体における前記受熱部と前記底面伝熱部との間の胴部の断面積、及び前記受熱部の断面積の比を、前記ＬＥＤ光源の発熱を受けた前記灯具本体の外郭の温度を略均一にする所定の比率としたことを特徴とする請求項１及び２に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４】
前記ヒートパイプの断面積と、前記胴部の断面積と、前記受熱部の断面積の比を１：略３０：略１５としたことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−９８１４（Ｐ２０１０−９８１４Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６５５２０（Ｐ２００８−１６５５２０）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００１２６２７４）株式会社アイ・ライティング・システム (56)
【Ｆターム（参考）】
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