特許 5661433 ＬＥＤ照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5661433

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21V 29/50 20150101AFI20150108BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20150108BHJP

   F21S 8/04 20060101ALI20150108BHJP

   H01L 33/64 20100101ALI20150108BHJP

   F21Y 101/02 20060101ALN20150108BHJP

【ＦＩ】

   F21V29/02 200

   F21V29/02 510

   F21V23/00 117

   F21S8/04

   H01L33/00 450

   F21Y101:02

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-259594(P2010-259594)

(22)【出願日】2010年11月19日

(65)【公開番号】特開2012-113846(P2012-113846A)

(43)【公開日】2012年6月14日

【審査請求日】2013年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000238197

【氏名又は名称】扶桑電機工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076255

【弁理士】

【氏名又は名称】古澤 俊明

(72)【発明者】

【氏名】立平 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】小崎 弘

【審査官】 宮崎 光治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５３１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４９０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８３５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０７１１１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２５７９９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｖ２３／００−９９／００

Ｆ２１Ｓ２／００−１９／００

Ｈ０１Ｌ３３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水銀灯のリフレクタと同様の下向き椀形のセードの開口内部に、前記セードの内壁面との間にわずかな隙間を有する大きさで、略同一円形のベース板とモジュールベース板とを、モジュールベース板が下側になるようにして、互いの間に隙間をもって対面させて配置し、前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの上部に形成した排気口との間に排気ダクトと排気ファンを設け、前記ベース板とモジュールベース板との間に、外周から前記吸気口に向かう空気の流路となる複数の仕切り部材を、互いの間に隙間をもって設け、前記モジュールベース板と仕切り部材は、アルミニウムからなり、前記モジュールベース板の下面に複数のＬＥＤモジュールを同心円状に配置し、前記ベース板の周縁部に、セードの内面に軽く接する空気仕切りゴムを設け、この排気ダクトの外側でセード内に位置して電源装置を備え、前記モジュールベース板に温度を検知する温度センサと、この温度センサに接続された温度スイッチを設けてなり、前記排気ファンによってモジュールベース板の下から空気を吸引してモジュールベース板の上面を経て前記吸気口から前記排気口へ排出することにより前記モジュールベース板の冷却を行なうとともに、モジュールベース板が設定温度以上になったとき数個のＬＥＤを残して消灯するようにしたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。

【請求項2】

個々のＬＥＤモジュールにリフレクタを設けたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項3】

モジュールベース板にＬＥＤモジュールを取り付ける接触面と、リフレクタにＬＥＤ基板を取り付ける接触面にシリコングリスや熱伝導性の高いコンパウンドを空気層ができないように塗布してなることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項4】

複数の仕切り部材を等間隔で放射状に配置したことを特徴とする請求項１，２又は３記載のＬＥＤ照明装置。

【請求項5】

複数の仕切り部材を斜めに配置して空気の流れを渦巻き状にしたことを特徴とする請求項１，２又は３記載のＬＥＤ照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水銀灯と同等の高照度及び配光を有する照明装置に関するもので、既設の水銀灯と交換が容易であって、光源をＬＥＤで構成することにより省電力化したＬＥＤ照明装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に水銀灯は、屋外にあっては街路や競技場などの照明装置として多く使用されており、また、屋内にあっては体育館などの天井から吊り下げる方法や天井に埋め込む方法などで設置されている。

【0003】

水銀灯の発光効率は、５０ｌｍ／ｗであり、白熱電球（１５〜２０ｌｍ／ｗ）よりは効率が良いが、蛍光灯（８０〜９０ｌｍ／ｗ）よりは効率が悪く、寿命は６０００〜１２０００時間であり、長寿命型でも１８０００時間である。
近年の傾向として、水銀灯に限らずあらゆる照明装置において、発光効率が１００〜１２０ｌｍ／ｗと高い上に、寿命が５００００時間と長い照明用のＬＥＤを利用しようとする動きが活発である。

【0004】

図１０に示すものは、スルーホール構造を有する放熱フィン４２の設置されたアルミ板４１を山形又は広角円錐状に形成し、その内側にＬＥＤ素子４３を設置し、このＬＥＤ素子４３の近傍に反射板４８を設置し、紫外線カット素材を含有する常温硬化樹脂や常温硬化ガラス素材を塗布したＬＥＤ電球である（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１１４０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＬＥＤ素子は、温度が上昇するにしたがって発光効率が悪くなるとともに、許容電流も下がるという温度特性を持っており、ＬＥＤ素子及びＬＥＤ素子周囲の温度が一定温度（例えば７０℃）を超えると、発光効率及び寿命の点で水銀灯と比較しての利点が少なくなる。

【0007】

街路や競技場の屋外に設置される照明装置では、防水構造のために密閉されており、装置内にＬＥＤが発生した熱の逃げ場が少なく、屋内に設置される照明装置でも、天井に埋め込まれる場合には熱の逃げ場が少なく高温になってしまうという問題点があった。

【0008】

図１０のＬＥＤ電球は、上述のような構成とすることにより、放熱フィン４２の近傍の気体の熱対流による冷却効果と頭頂部のスルーホール４９の構造によりＬＥＤ設置部の温度上昇した気体がスルーホール４９の通過拡散により発光部のある程度の冷却効果が得られる。

【0009】

しかしながら、ＬＥＤ電球の上部側に熱対流により空気が流れ得る充分な解放された空間が必要であり、トンネルや屋内施設の天井に埋め込んで設置する場合にはそのような空間は極めて少なく、長時間の点灯でその空間に熱が篭もってしまえば冷却効果はほとんどないという問題点があった。
また、屋内の天井に極めて接近して設置する場合も同様で、天井付近に熱が篭もってしまえば冷却効果は落ちるという問題点があった。

【0010】

また、図１０の装置は、既設の水銀灯と置き換えて設置するという思想はなく、水銀灯固有の配光に従って設計・配置された既存の施設に設置するには、互換性がないという問題点があった。

【0011】

本発明は、屋外に設置された街路、競技場、トンネル、屋内施設の天井などに既に設置された水銀灯と交換できる互換性を保ちつつ、ＬＥＤの発熱問題を解消したＬＥＤを用いた照明灯を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

請求項１の発明は、水銀灯のリフレクタと同様の下向き椀形のセードの開口内部に、前記セードの内壁面との間にわずかな隙間を有する大きさで、略同一円形のベース板とモジュールベース板とを、モジュールベース板が下側になるようにして、互いの間に隙間をもって対面させて配置し、前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの上部に形成した排気口との間に排気ダクトと排気ファンを設け、前記ベース板とモジュールベース板との間に、外周から前記吸気口に向かう空気の流路となる複数の仕切り部材を、互いの間に隙間をもって設け、前記モジュールベース板と仕切り部材は、アルミニウムからなり、前記モジュールベース板の下面に複数のＬＥＤモジュールを同心円状に配置し、前記ベース板の周縁部に、セードの内面に軽く接する空気仕切りゴムを設け、この排気ダクトの外側でセード内に位置して電源装置を備え、前記モジュールベース板に温度を検知する温度センサと、この温度センサに接続された温度スイッチを設けてなり、前記排気ファンによってモジュールベース板の下から空気を吸引してモジュールベース板の上面を経て前記吸気口から前記排気口へ排出することにより前記モジュールベース板の冷却を行なうとともに、モジュールベース板が設定温度以上になったとき数個のＬＥＤを残して消灯するようにしたことを特徴とするＬＥＤ照明装置である。

【0013】

本願の請求項２の発明は、請求項１のＬＥＤ照明装置において、個々のＬＥＤモジュールにリフレクタを設けたことを特徴とするものである。

【0014】

本願の請求項３の発明は、モジュールベース板にＬＥＤモジュールを取り付ける接触面と、リフレクタにＬＥＤ基板を取り付ける接触面にシリコングリスや熱伝導性の高いコンパウンドを空気層ができないように塗布してなることを特徴とするものである。

【0015】

本願の請求項４の発明は、複数の仕切り部材を等間隔で放射状に配置したことを特徴とする。

【0016】

本願の請求項５の発明は、複数の仕切り部材を斜めに配置して空気の流れを渦巻き状にしたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

請求項１記載の発明によれば、水銀灯のリフレクタと同様の下向き椀形のセードの開口内部に、前記セードの内壁面との間にわずかな隙間を有する大きさで、略同一円形のベース板とモジュールベース板とを、モジュールベース板が下側になるようにして、互いの間に隙間をもって対面させて配置し、前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの上部に形成した排気口との間に排気ダクトと排気ファンを設け、前記ベース板とモジュールベース板との間に、外周から前記吸気口に向かう空気の流路となる複数の仕切り部材を、互いの間に隙間をもって設け、前記モジュールベース板と仕切り部材は、アルミニウムからなり、前記モジュールベース板の下面に複数のＬＥＤモジュールを同心円状に配置し、前記ベース板の周縁部に、セードの内面に軽く接する空気仕切りゴムを設け、この排気ダクトの外側でセード内に位置して電源装置を備え、前記モジュールベース板に温度を検知する温度センサと、この温度センサに接続された温度スイッチを設けてなり、前記排気ファンによってモジュールベース板の下から空気を吸引してモジュールベース板の上面を経て前記吸気口から前記排気口へ排出することにより前記モジュールベース板の冷却を行なうとともに、モジュールベース板が設定温度以上になったとき数個のＬＥＤを残して消灯するようにしたので、次の作用効果を有する。
（１）ベース板とモジュールベース板で形成される隙間を空気の流路として、多数のＬＥＤ素子から生ずる熱を排気ファンで強制的に空冷することにより、ＬＥＤ照明装置の温度を抑えることができ、昇温による性能の低下がない。
（２）仕切り部材によって吸引された空気の流路を形成したので、空気との接触面積を増大させて冷却効率を高めることができる。
（３）セードは、水銀灯のリフレクタと同様下向き椀形の形状とし、セードの内部であってセードの上部に臨ませて排気ファンを設置し、この排気ファンとベース板の中央上面側を排気ダクトで連結し、セード内に電源装置を備えることにより、既存の水銀灯と極めて容易に交換することができる。
（４）モジュールベース板及び仕切り部材は、アルミニウムからなるので、熱伝導がよく極めて効率良く冷却を行うことができる。
（５）ＬＥＤモジュールは、円形のモジュールベース板に同心円状に複数個を配置したので従来の水銀灯に極めて近い照度特性を持たせることができる。
（６）排気ファン故障などによりモジュールベース板の温度が規定温度を超えたときに数個のＬＥＤを残して消灯するので、異常時に高温でＬＥＤを損傷したり寿命を縮めることがない。
（７）ベース板の周縁部に、セードの内面に軽く接する空気仕切りゴムを設けたので、セードの内部の上方からの温かい空気がモジュールベース板とベース板の隙間に流れ込むのを防止することができる。

【0020】

請求項２記載の発明によれば、個々のＬＥＤモジュールにリフレクタを設けたので、配光をコントロールできる。

【0021】

請求項３記載の発明によれば、モジュールベース板にＬＥＤモジュールを取り付ける接触面と、リフレクタにＬＥＤ基板を取り付ける接触面にシリコングリスや熱伝導性の高いコンパウンドを空気層ができないように塗布したので、ＬＥＤ素子からモジュールベース板への熱伝導の効率を改善して冷却効果を高めることができる。

【0022】

請求項４記載の発明によれば、ＬＥＤモジュールの間に前記ベース板の吸気口に向かって等間隔で放射状に配置され、吸引された空気の流路を形成することができる。

【0023】

請求項５記載の発明によれば、複数の仕切り部材を斜めに配置して空気の流れを渦巻き状にしたので、同じ流量の空気でより多くの熱を奪うことができ、冷却作用をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明によるＬＥＤ照明装置の縦断面図である。

【図2】本発明のＬＥＤ照明装置のベース板、排気ダクト及び電源装置の平面図である。

【図3】本発明のＬＥＤ照明装置のモジュールベース板の底面図である。

【図4】本発明のＬＥＤモジュールの拡大図で、（ａ）は底面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図5】本発明のＬＥＤ照明装置の電気回路図である。

【図6】本発明のＬＥＤモジュールの照度特性図である。

【図7】本発明のＬＥＤ照明装置の照度特性図である。

【図8】既存の水銀灯の照度特性図である。

【図9】本発明の実施例２を示す断面図である。

【図10】従来例のＬＥＤ照明装置を示す説明図である

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明によるＬＥＤ照明装置は、セードの内部に、ベース板と、モジュールベース板とを隙間をもって対面させて配置し、前記モジュールベース板の下面に複数のＬＥＤモジュールを配置し、前記ベース板の中央部に吸気口を穿設し、この吸気口と前記セードの上部の排気口の間に排気ファンを設置し、この排気ファンによって空気を吸引して前記排気口から排出することにより前記モジュールベース板の冷却を行なうことにより前記モジュールベース板の冷却を行なう。

【実施例1】

【0028】

図１は、本発明のＬＥＤ照明灯の断面図を示すものである。この図において、４は、従来の水銀灯に容易に置換できるようにするために、水銀灯用リフレクタと同様の形状に形成したセードである。
このセード４の内部には、２０個のＬＥＤモジュール３を固着した円形のアルミニウム製のモジュールベース板１が配置され、周縁部の３ヶ所の支持金具２７によってセード４に固定されている。
このモジュールベース板１の上面側にはベース板２が配置され、このベース板２とモジュールベース板１は、中心に向かって放射状に配置された複数枚のアルミニウム製の仕切り部材９によって上下に例えば１５ｍｍの隙間２６をもって結合されている。

【0029】

前記ベース板２の周縁部には、セード４の内部の上方からの空気がモジュールベース板１とベース板２の隙間２６に流れこまないように、セード４の内面に軽く圧接する空気仕切りゴム８が設けられている。
前記ベース板２の上面側の中央には、角筒状の排気ダクト６が設けられ、頂部に排気ファン５が配置されている。
前記セード４の最下面には、透明なアクリルなどのカバー１６が設けられている。

【0030】

前記モジュールベース板１の下面側には、図３に示すように、同心円の外周上に１４個のＬＥＤモジュール３が等間隔で配置され、また、内周上に６個のＬＥＤモジュール３が等間隔で配置されている。
それぞれのＬＥＤモジュール３は、例えば、９６個のＬＥＤ素子が実装され、それぞれのＬＥＤ基板２８が、図４（ａ）（ｂ）に示すようにリフレクタ２５の底部に収められて構成されており、このリフレクタ２５の周辺面２９は、緩やかな曲線曲面で形成されている。
前記ベース板２とモジュールベース板１を結合している仕切り部材９は、図３に破線で示すように、ＬＥＤモジュール３の間に前記ベース板の吸気口１１に向かって等間隔で放射状に配置され、吸引された空気の流路を形成している。

【0031】

前記ベース板２の中央部であって前記排気ダクト６の内側の部分には、図２に示すように円形の吸気口１１が穿設され、上部中央の排気ダクト６に連通するように構成されている。
排気ダクト６の頂部に設けられた排気ファン５の上側は、セード４の頂部に穿設された排気口１０に連通するように配置されている。
前記排気ダクト６の両側には、商用電源２１から直流電源を生成する電源装置７がそれぞれ設けられている。

【0032】

前記セード４の上部は、支柱１２を介して取付板１３に結合され、この取付板１３は、天井に設けられた吊下げ部材(図示せず)に固着されている。

【0033】

次に図５に基づいて、電気回路について説明する。
商用電源２１を直流電源に変換する電源装置７が直列に２台接続されており、排気ファン５の電源として一方の電源装置７のみからの電源出力が接続されている。ＬＥＤモジュール３の並列回路の電源として、両方の電源装置７を並列接続した電源出力が接続されている。

【0034】

７番と８番のＬＥＤモジュール３の間には、モジュールベース板１の温度を検知する温度センサ(図示せず)に結合された温度スイッチ２２が挿入され、１４番と１５番のＬＥＤモジュール３の間には１４・１５モジュール切替えスイッチ２３が挿入され、１６番と１７番のＬＥＤモジュール３の間には１６・１７モジュール切替えスイッチ２４が挿入されている。

【0035】

ＬＥＤモジュール３は、図３におけるモジュールベース板１上では、同心円の外側の円周上の１４個が、図５の回路図における１番、８番、２番、９番、３番、１０番、４番、１１番、５番、１２番、６番、１３番、７番、１４番の順で配列され、内側の円周上の６個が、１５番、１７番、１８番、１６番、１９番、２０番の順で配列されている。

【0036】

次に以上の実施例により作用を説明する。
以上のＬＥＤ照明装置を設置する場合、セード４を従来の水銀灯のリフレクタと同様の形状とし、セード内に電源装置を備えたので、既設の水銀灯と極めて容易に交換することができる。

【0037】

設置したＬＥＤ照明装置に電源をつなぐと、切替えスイッチ２３及び２４の選択に従って各ＬＥＤモジュール３に直流電源が供給されて１４灯、１６灯又は２０灯のＬＥＤモジュール３が点灯する。
その一方で電源装置７の電源が供給されて排気ファン５が駆動され、吸引された空気はモジュールベース板１とベース板２の周縁部の隙間２６から吸引され、仕切り部材９によって案内されてモジュールベース板１から熱を奪いつつベース板２の中央部に集まり、吸気口１１及び排気ダクト６を介して吸い上げられ、セード４の頂部に設けられた排気口１０からセード４の外へ排出される。

【0038】

ここで、仕切り部材９は、吸引された空気を案内するだけでなく、空気に接触する面積を増加させて冷却効率を高める作用を有する。
ここで、ベース板２とモジュールベース板１の隙間は、狭い方が空気の流速が速いため冷却効果が高いが、あまりに狭いと空気を吸引しにくくなる。

【0039】

ファンの故障などで、万一モジュールベース板１の温度が規定の温度を超えると温度スイッチ２２が作動して、８番以降のＬＥＤモジュール３に電源が供給されなくなり消灯し、１番〜７番のＬＥＤモジュール３だけが点灯を継続する。

【0040】

次に、以上の実施例における配光について説明する。
図６は、ＬＥＤモジュール３の単体の照度特性を示すもので、中心付近の照度が高いほぼ扇型の特性を有している。また、図７は、点灯させるＬＥＤモジュール３の個数を１４個、１６個、２０個としたときの照明装置全体の照度特性を示すもので、いずれの個数でも中心付近の照度が高いほぼ扇型の特性を有している。
この照度特性は、図８に示す既存の水銀灯の照度特性と良く似ている。

【0041】

次に図９に基づいて本発明の実施例２について説明する。
図９は、実施例２のベース板２とモジュールベース板１の断面図であり、ＬＥＤモジュール３のリフレクタ２５に放熱用脚部３１を設け、モジュールベース板１を貫通してベース板２との隙間２６内に突出させたものであり、その他の構成については実施例１と変わるところはない。
このように構成することで、ＬＥＤ基板２８からの熱伝導効率が極めて良くなり冷却効果が増大する。

【0042】

以上の実施例では、ベース板２とモジュールベース板１を結合している仕切り部材９を等間隔で放射状に配置したが、本発明はこれに限られるものではなく、斜めに配置して空気の流れを渦巻状にするように構成しても良い。このように構成すると、同じ流量の空気でより多くの熱を奪うことができ、冷却作用をより高めることができる。

【0043】

以上の実施例では、特に説明はしなかったが、モジュールベース板１にＬＥＤモジュール３を取り付ける際、及びリフレクタ２５にＬＥＤ基板２８を取り付ける際に、それらの接触面にシリコングリスや熱伝導性の高いコンパウンドを空気層ができないように塗布することによってＬＥＤ素子からモジュールベース板１への熱伝導の効率を改善して冷却効果を高めることができる。

【0044】

以上の実施例では、既存の水銀灯と交換するだけで利用できるようにするために電源装置７をセード４内に内蔵するように構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、複数の照明装置に電源を供給する外部の電源装置を用いることもできる。

【符号の説明】

【0045】

１…モジュールベース板、２…ベース板、３…ＬＥＤモジュール、４…セード、５…排気ファン、６…排気ダクト、７…電源装置、８…空気仕切りゴム、９…仕切り部材、１０…セードの排気口、１１…ベース板の吸気口、１２…支柱。１３…取付板、１５…落下防止用ワイヤー、１６…カバー、１７…、１８…、１９…、２０…、２１…商用電源、２２…温度スイッチ、２３…１４・１６モジュール切替えスイッチ、２４…１６・２０モジュール切替えスイッチ、２５…リフレクタ、２６…ベース板とモジュールベース板の隙間、２７…支持金具、２８…ＬＥＤ基板、２９…リフレクタの周縁面、３０…制限抵抗、３１…放熱用脚部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】