(57)【要約】【課題】高効率に所定の照射範囲に光を照射できる大光量で簡単な構成のＬＥＤ式投光器が望まれている。【解決手段】投光器の光源は、複数のＬＥＤ２である。所要の光量に相応する数のＬＥＤ２が銅のような良導電性の金属の基板３に配設される。リフレクタ６は、断面が四角形状であって、ＬＥＤ２を囲繞するように設けられる。リフレクタ６は、ＬＥＤ２の光を集光する第１の角度αで外側に向かって四方に拡大する集光部位６Ａと、集光部位６Ａに連接し所要の照射距離に合わせて所定の照射範囲Εに光を当てる第１の角度αよりも小さい第２の角度βで拡大する照射部位６Ｂとを含んでなる。ヒートシンク７は、基板３を密着固定するヒートシンク本体７Ａと可能な限り小さい所定の間隔でヒートシンク本体７Ａに平行に設けられる平板形状の複数のフィン７Ｂとで成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源である複数の発光ダイオード素子と、前記複数の発光ダイオード素子が配設された基板と、前記光源を囲繞するように設けられ前記光源の光を集光する第１の角度で外側に向かって四方に拡大する集光部位と前記集光部位に連接し所要の照射距離に合わせて所定の照射範囲に光を当てる前記第１の角度よりも小さい第２の角度で拡大する照射部位とを含んで成る断面が四角形状のリフレクタと、前記基板を密着固定する本体と可能な限り小さい所定の間隔で前記本体に平行に設けられる平板形状の複数のフィンとで成るヒートシンクと、を有する投光器。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記本体に複数の直線の溝が前記所定の間隔で平行に形成され、前記複数のフィンが前記各溝にそれぞれ嵌め合わされて熱伝導性の媒体で固着されて成ることを特徴とする請求項１に記載の投光器。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、前記本体がアルミニウムで形成され、前記複数のフィンが主に熱伝導性の炭素繊維シートで形成されることを特徴とする請求項１に記載の投光器。
【請求項４】
前記複数のフィンの前記本体側に対して反対側の縁を固定して支持する補強材を有する請求項１に記載の投光器。
【請求項５】
前記複数のフィンを外側から覆うカバーを有する請求項１に記載の投光器。
【請求項６】
前記リフレクタが熱伝導性を有する前記基板に接触するように固定されることを特徴とする請求項１に記載の投光器。
【請求項７】
前記リフレクタが前記ヒートシンクのヒートシンク本体に接触するように固定されることを特徴とする請求項１に記載の投光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子を光源とする投光器に関する。特に、屋外の比較的大きい施設における照明に適する投光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード素子で白色光を得る技術の進歩にともなって、白熱灯、蛍光灯、水銀灯のような照明灯から発光ダイオード式照明灯への転換が急速に進んでいる。そして、光量が多い投光器の光源としても発光ダイオード素子が利用されるようになってきている。以下、本発明では、電極を含む発光ダイオードの半導体チップを発光ダイオード素子（ＬＥＤ）という。
【０００３】
投光器は、光源からある程度離れた位置にある照射対象に所定の照射範囲で所要の明るさの光を照射するための照明器具である。そのため、テニスコートのような運動場あるいは競技場の夜間照明、庭園の照明、ないしは看板の照明に使用されている比較的大型の投光器の光源は、所要の照射距離と照射範囲および照度とに相応する大きさの光量が要求される。例えば、水銀灯系のメタルハロイドランプ投光器は、大光量の光源を設けることができるので、遠く離れた照射対象に広い範囲で十分な明るさの光を与えることができる。
【０００４】
投光器では、光が散乱しないように環状形もしくは碗形の断面円形のリフレクタが設けられていて、照射する光にある程度の方向性をもたせている。しかしながら、屋外で光源から離れた位置に照射される光は、曖昧な状態で所定の照射範囲を超えて拡散する。投光器は、拡散による光の損失を考慮して大光量の光源を備える。高い位置に設置された投光器から放たれる強い光は、所定の照射範囲を超えて施設の周辺に悪影響を及ぼすことがあり、光害として近隣住民から苦情が寄せられるといった施設管理者にとって看過できない問題を発生させる。
【０００５】
ＬＥＤ式投光器は、光源であるＬＥＤの光が指向性を有しているので、水銀灯式投光器に比べて所定の照射範囲内にスポット的に光を照射することが容易である。しかしながら、ＬＥＤ式投光器に対して水銀灯式投光器と同じだけの照射距離を求めると、ＬＥＤの発熱量が許容量を超えてしまう。そこで、特許文献１に示されるように、光源の光の損失を最小限にする長尺のリフレクタが考えられている。特許文献１の発明のリフレクタは、実質的に光源の光を照射方向に直進させる。そのため、より少ない光量で光を照射対象に届かせることが可能になる。また、所定の照射範囲を超えて光を照射しないようにすることができる。
【０００６】
特許文献１の発明のリフレクタは、光を照射方向に直進させることによって光の効率を最大限にして照射距離を得ているので、照射範囲がリフレクタの開口に比べて少し大きい程度の面積に制限される。投光器の所定の照射範囲よりも広範囲に必要な明るさの光を与える場合は、複数の投光器を並べて配置して各投光器から照射させる光がそれぞれ部分的に重なり合うようにすることによって所要の照射領域の全域で均等な光を得るようにしている。したがって、所要の照度の光を広範囲に与えるためには、より多くの投光器が要求される。
【０００７】
また、可能な限り光を集光して高効率に照射方向に沿って直進させるために、十分に長いコーンの連鎖からなるリフレクタが必要である。そのため、リフレクタの構造が複雑で精密さが要求され、製作が比較的難しい。また、リフレクタが相当長尺になるため、投光器を設置する場所に対する制約が大きい。そのため、既存の照明灯または照明柱の照明架台に設置することができないおそれがある。特に、投光器を高所にある照明灯または照明柱の照明架台に設置する必要がある場合は、投光器の取付作業の負担が増す。
【０００８】
ＬＥＤ式投光器の発熱源であるＬＥＤを効率よく冷却することによって光源の光量を増大させることができるなら、同一の照射距離において照射範囲をより拡大することが可能である。そして、照射範囲を拡大することによって、必要な投光器の数を減らすことができる。すでに、複数のフィンを有するアルミニウムのような高熱伝導率の材料で形成されている半導体チップを冷却するヒートシンクが知られている。このようなヒートシンクをＬＥＤ式投光器に適用することによって、放熱効果の向上が期待できる。
【０００９】
ただし、比較的長い照射距離に相応する光量を光源に求めた場合、光源であるＬＥＤの温度が手で触れることができないほど高温になる。そこで、放熱効果を一層高くするために、ヒートシンクの本体を可能な限り大きくし、本体と直結するフィンの数と翼面積を増大させる必要が生じる。ところが、一体成形されている金属製のヒートシンクが大きくなると、投光器の総重量が種類によっては２０ｋｇを超えるほど増大する可能性があり、取付作業にかかる負担がより大きくなる。また、フィンの厚さと数には成形加工上の限界があるため、翼面積が大きくて薄いフィンを十分な数だけ配設することが難しい。
【００１０】
放熱効果をより向上させるために、送風ファンまたは水冷装置のような強制的に冷却する冷却装置を設けると、消費電力が大きくなるだけではなく、部品点数が増大して投光器の構造がより繊細になる。そのため、生産性が大幅に低下する。とりわけ、直射日光と風雨に曝される屋外の照明設備では、冷却装置を搭載した投光器は、より損傷しやすい。その結果、投光器の点検、修理、あるいは交換による維持管理に要する作業と費用の負担が増大する。
【００１１】
ここで、例えば、特許文献２には、高熱伝導率を有するピッチ系炭素繊維強化プラスチックで形成されるヒートシンクが開示されている。炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、比重が小さいので、ヒートシンクを軽量化することができる。また、ＣＦＲＰは、金属に比べて成形が容易ではないが、特許文献２の発明に因ると、断面Ｌ字形のＣＦＲＰ製のフィンを本体に取り付ける構成であるため、翼面積が大きい平板形状のフィンを複数備えた構成のヒートシンクを比較的容易に製作することができる。
【００１２】
ＣＦＲＰは、炭素繊維に熱伝導率が低いエポキシのような熱硬化性樹脂のマトリクスを含浸させて成形されているので、マトリクスの影響でアルミニウムに比べて放熱効果が低い。マトリクスの占める割合が多いほど熱伝導率が低下するので、体積が大きいとヒートシンクとして利用することができない。そこで、特許文献２の発明では、ヒートシンクの本体をアルミニウムで形成し、本体にＣＦＲＰのフィンを取り付けるようにして、いわゆるバイメタルヒートシンクにすることで、放熱効果を向上させている。
【００１３】
しかしながら、本体と異なる材質で形成されているフィンを本体から容易に外れないように取り付けるためには、フィンに十分な大きさの取付代が要求される。そのため、フィン同士を必要以上に離して設けなければならなくなり、フィンの数が不足する。また、フィンを本体に取り付けている曲げ部位でフィンが折損しやすいので、フィンの厚さを十分に大きくする必要がある。ＣＦＲＰで形成されたフィンの厚さが増すと著しく放熱効果が低下する。そのため、空気だけで自然に放熱させてＬＥＤを冷却することが困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２３５０７９号公報
【特許文献２】特開２００１−２１７３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
比較的大きい施設における照明設備に設置可能なＬＥＤ式投光器としては、少ない光源の光量で可能な限り広い照射範囲に所要の照度の光を与えることが要求される。また、屋外に容易に設置できるように、軽量で簡単な構成で壊れにくいＬＥＤ式投光器が望まれている。特に、広い照射範囲に所要の照度で照射できる相応の光量のＬＥＤの周囲の温度を冷却装置なしに少なくともおよそ７０℃以下の安全な温度に維持することが要求される。
【００１６】
本発明は、上記課題に鑑みて、所定の照射範囲に所要の照度の光を照射することができる改良されたＬＥＤ式投光器を提供することを主たる目的とする。特に、構成が比較的簡単で損傷しにくい投光器を提供することを目的とする。また、空気で自然に放熱するだけでＬＥＤの周囲の温度を安全な温度に維持することができる投光器を提供することを目的とする。本発明のより具体的な利点は、発明の実施の形態において詳しく示される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の投光器は、上記目的を達成するために、光源である複数の発光ダイオード素子（２）と、複数の発光ダイオード素子（２）が配設された基板（３）と、光源を覆うように設けられ光源の光を集光する第１の角度（α）で外側に向かって四方に拡大する集光部位（６Ａ）と集光部位（６Ａ）に連接し所要の照射距離に合わせて所定の照射範囲に光を当てる第１の角度（α）よりも小さい第２の角度（β）で拡大する照射部位（６Ｂ）とを含んで成る断面が四角形状のリフレクタ（６）と、基板（３）に密着固定される本体（７Ａ）と可能な限り小さい所定の間隔で本体に平行に設けられる複数のフィン（７Ｂ）とで成るヒートシンク（７）と、を有するようにする。
【００１８】
本発明の投光器のヒートシンク（７）は、ヒートシンク本体（７Ａ）に複数の直線の溝が所定の間隔で平行に形成され、複数のフィン（７Ｂ）が各溝にそれぞれ嵌め合わされて固着されて成る。また、ヒートシンク（７）は、ヒートシンク本体（７Ａ）がアルミニウムで形成され、複数のフィン（７Ｂ）が主に熱伝導性の炭素繊維シートで形成される。また、本発明の投光器は、複数のフィン（７Ｂ）を外側から覆うカバーを有する。また、複数のフィン（７Ｂ）のヒートシンク本体（７）側に対して反対側の縁を固定して支持する補強材（９）を有する。
【００１９】
また、本発明の投光器のリフレクタ（６）は、熱伝導性を有する前記基板（３）に接触するように固定される。または、リフレクタ（６）は、ヒートシンク本体（７Ａ）に接触するように固定される。
【００２０】
上記符号は、説明の便宜上付されたものであって、本発明を図面に示されている具体的な実施の形態に限定するものではない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の投光器は、第１の角度で拡大する集光部位と第１の角度よりも小さい第２の角度で拡大する照射部位とを含んで成る段面が四角形状のリフレクタを有する。したがって、リフレクタは、照射方向に対して照射範囲を規定する拡大角度よりも離れて拡散する光だけをリフレクタの反射面に当てて照射方向に偏向させ、実質的に所定の照射範囲内だけに光を照射させる。所定の照射範囲は、開口の形状が投影されたほぼ四角形状であるので、複数の投光器から与えられる光の照度が低い所定の照射範囲の外縁の領域同士を重ね合わせることによって、より広い範囲を明るさのムラが小さい状態で照らすことができる。
【００２２】
そのため、照射設備の周辺に光害を発生させるおそれが小さい。また、照射範囲に対する光の損失が少なく、相対的に光量を減らすことができるので、より少ない数の投光器で広い照射領域に高効率に光を照射でき、発熱量を減らして消費電力を少なくする。しかも、リフレクタが長くなりすぎず、設置場所に対する制限が緩和される。また、リフレクタの反射面が曲面ではなく、構成が比較的簡単であり、製作が容易で壊れにくい。その結果、維持管理に要する作業の負担を軽減し、費用を低減する。
【００２３】
また、本発明の投光器は、基板に密着固定される本体と可能な限り小さい所定の間隔で本体に平行に設けられる複数のフィンとで成るヒートシンクを有する。したがって、翼面積が大きく薄いフィンが多数設けられ放熱効果が向上する一方で質量は小さく抑えられる。そのため、投光器の総重量が比較的軽量である。また、空気で自然に放熱させるだけで安全な温度に維持することができ、冷却装置がなく、構成が比較的簡単であり、製作が容易で壊れにくい。その結果、維持管理要する作業の負担を軽減し、費用を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の投光器の斜視図である。
【図２】本発明の投光器の正面図である。
【図３】本発明の投光器の右側面断面図である。
【図４】本発明の投光器の上面断面図である。
【図５】本発明の投光器の側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１ないし図５は、本発明の投光器の実施の形態を示す。本発明では、図４および図５に示されるように、投光器を設置して光を照射する直線方向を照射方向Ｄｘとする。そして、照射方向Ｄｘに向かう面を投光器の前面または正面とし、前面の反対面を後面または背面とする。また、照射方向Ｄｘに対して右側を右側面、左側を左側面、上側を上面、下側を下面とする。なお、照射方向Ｄｘに沿って後面から前面に向かう方向を前後方向、上面から下面の方向を上下方向または縦方向、左右両側面の方向を左右方向または横方向として説明する。
【００２６】
実施の形態の投光器は、図１ないし図５に示されるように、投光器本体１と、投光器本体１に設けられる光源である複数のＬＥＤ２と、複数のＬＥＤ２が配設された基板３と、投光器本体１を支持する支持体４と、投光器本体１を支持体４に対して回動させた後に投光器本体１を固定するハンドル５と、光源のＬＥＤ２を囲繞するように設けられるリフレクタ６と、投光器本体１に設けられ基板３を全面で接触するように密着固定するヒートシンク７と、ヒートシンク７を覆うカバー８と、を有する。
【００２７】
複数のＬＥＤ２には、投光器本体１から遠く離れた位置に設けられている図示しない直流電源から電力が供給される。例えば、投光器本体１の下側に入力端子が設けられ、入力端子と直流電源との間がケーブルで接続される。投光器と直流電源との間の距離には制限があるので、施設の規模によっては、複数の投光器に複数の直流電源からそれぞれ給電されるようにすることができる。
【００２８】
複数のＬＥＤ２は、電気的に数個ないし十数個単位で直列に接続される。直列に接続された複数のＬＥＤ２でなる直列ユニットは、それぞれ並列に接続される。直流電源から定格最大の電流値が供給されたときに得ることができる最大の光量が所要の光量を十分に超えるように、光量に余裕をもたせた個数だけ基板３に配設されている。ＬＥＤ２が損傷して直列ユニットが電気的に切断されても、所要の光量の光を照射し続けることができる。
【００２９】
基板３は、良熱伝導性の金属で成る。したがって、基板３は、それ自体がＬＥＤ２から生じる熱を短時間に吸熱する。実施の形態における基板３は、銅で成る。基板３に隣接して図示しないプリント配線基板が設けられていて、プリント基板を通して基板３に電流を供給する。基板３は、ヒートシンク７に全面が接触するように熱伝導性を有する柔軟なシリコングリースまたはグラファイトシートを介在させて密着固定される。したがって、ＬＥＤ２が発する熱は、速やかにヒートシンク７に伝達される。リフレクタ６の内筒端が良導電性の銅の基板３の表面に接触するように取り付けて固定することができる。
【００３０】
投光器本体１は、支持体４によって照明設備における照明塔あるいは照明柱の照明架台に設置される。支持体４は、鉄のような剛性の高い金属の板金の両端を折り曲げて製作されている。支持体４は、照明架台に固定する取付金具とボルトを含めて投光器本体１の荷重に耐える強度を有する。例えば、支持体４は、投光器本体１が高所において予測可能な強風による負荷を受けたときでも、直ちに破断しない強度を有する。
【００３１】
支持体４における板金の折り曲げられている両端に挟まれた中間部位の２箇所に取付孔が設けられている。１つの取付孔は、弧状の長孔である。支持体４の取付穴の位置と照明架台側に設けられている取付穴の位置を合わせて一方の取付孔にボルトを通して固定してから、投光器本体１の向きを調整し、適当な位置で長孔にボルトを通して投光器本体１を完全に固定することによって、投光器が照明設備に設置される。
【００３２】
支持体４における板金の折り曲げられている両端には、貫通孔が穿設されている。支持体４の両端の貫通孔に固定ネジ１０が貫通して設けられる。固定ネジ１０は、支持体４の貫通孔に遊嵌するように貫通して基板３を取り付ける基台であるヒートシンク７に螺合するように固定される。固定ネジ１０は、頭部によって支持体４の貫通孔から抜け出さない。したがって、支持体４は、板金の両端において投光器本体１を“首を縦に振る”ようなイメージで縦方向に３６０度回転可能に支持する。
【００３３】
支持体４には、ハンドル５が設けられる。ハンドル５は、固定用円板２０に連結している。投光器本体１を固定ネジ１０の軸廻りに前後方向に回転するように縦方向に回動させて照射角度を調整する。所定の照射角度においてハンドル５を回すことによってネジを回して固定用円板２０を支持体４に密着させる。固定用円板２０が支持体４に密着することによってディスクブレーキのように作用し、投光器本体１が支持体４に対して所定の照射角度を維持した姿勢で固定される。したがって、実施の形態の投光器では、投光器の姿勢を操作して照射範囲を調整する操作が容易である。
【００３４】
リフレクタ６は、図３に示されるように、銅の基板３の表面に内筒端の少なくとも一部が接触するように全体がヒートシンク７のヒートシンク本体７Ａに取り付けられて固定される。リフレクタ６を内筒端がヒートシンク７のヒートシンク本体７Ａに接触するように固定することもできる。実施の形態における投光器のリフレクタ６は、内筒端が銅の基板３の表面に接触することによって、リフレクタ６がＬＥＤ２から生じる熱を放熱する放熱板の役割を有する。そのため、実施の形態の投光器は、放熱効果が一層優れる利点がある。
【００３５】
リフレクタ６は、光源のＬＥＤ２の光を集光し、所定の照射距離に合わせて予め要求されている所定の照射範囲に光を当てるための反射筒である。リフレクタ６の内側は、複数枚の金属の平板で形成される。反射面は、可能な限り反射光を散乱させないように全体的に平滑面であり、高い反射率を有する反射材料が被覆されている。実施の形態の投光器のリフレクタ６は、内側の表面にアルミニウム、銀、酸化チタンのような反射面を形成し得る金属の微粒子を均一に蒸着したアルミニウム板で形成されている。
【００３６】
リフレクタ６は、少なくとも、開口６０の正面形状が四角形状である。実施の形態の投光器のリフレクタ６では、照射方向Ｄｘに対して垂直方向の断面が四角形状である。図５に示されるように、平坦な照射面Ｚにおいて照射された光の境界の形状は、所定の照射角度θに応じて開口６０を投影した形状になる。したがって、照射面Ｚが平面であるとき、図５に示される点線で囲まれた所定の照射範囲Εの形状は、おおよそ台形になる。なお、照射角度θとは、平坦な照射面Ｚに対して照射方向Ｄｘがなす角度である。
【００３７】
実線で囲まれた照射領域の中央の領域εには、光源のＬＥＤ２からリフレクタ６の反射面で反射されずに直接照射面Ｚに当たる光と、反射面で反射した反射光とが重複して照射される。一方、所定の照射領域Εの外縁の領域ε’では、ＬＥＤ２からリフレクタ６の反射面に反射されずに直接照射面Ｚに当たる光の中で比較的距離が長い光が当たる。したがって、外縁の領域ε’における明るさは、中央の領域εにおける明るさよりも暗くなる。そのため、所定の照射範囲Εを超えて強い光が当たらない。
【００３８】
所定の照射範囲Εの光の境界の形状がほぼ四角形状であるので、複数の投光器のそれぞれの照射範囲の外縁の領域が重なり合うように各投光器から光を照射することによって、明るさのムラが許容できる範囲内でより広い照射領域に所要の程度の明るさを与えることができる。そのため、所定間隔で並べて配置した複数の投光器の各投光器本体１をそれぞれ縦方向に回動させて、各投光器の照射範囲を前後方向に移動するように姿勢を変えるだけで広い照射領域を大体均一に照らすことができる。したがって、実施の形態の投光器では、所定の照射範囲を調整する操作が容易であり、投光器の数が多くならない利点がある。
【００３９】
リフレクタ６は、具体的に、図４に示されるように、集光部位６Ａと照射部位６Ｂとを含んで成る。集光部位６Ａは、主に光源であるＬＥＤ２の光を集光する役割を有する。集光部位６Ａの内面である内側の反射面は、照射方向Ｄｘに対して第１の角度αで外側に向かって四方に拡大する。照射部位６Ｂは、主に所定の照射距離に合わせて所定の照射範囲に光を当てる役割を有する。照射部位６Ｂの内側の反射面は、照射方向Ｄｘに対して第１の角度αよりも小さい第２の角度βで外側に向かって四方に拡大する。
【００４０】
集光部位６Ａは、リフレクタ６において照射部位６Ｂよりも光源のＬＥＤ２により近い場所に位置する。照射部位６Ｂは、リフレクタ６において集光部位６Ａよりも開口６０により近い場所に位置する。照射部位６Ｂは、集光部位６Ａに連接する。集光部位６Ａと照射部位６Ｂとが連接する位置における間口の断面形状は、開口６０の正面形状と相似の四角形状である。
【００４１】
リフレクタ６は、集光部位６Ａと照射部位６Ｂとの間に第三の部位を含んで各部位が連結する構造にすることができる。このとき、第三の部位が第１の角度αよりも小さく第２の角度βよりも大きい角度で外側に向かって四方に拡大するように形成されている限り、照射部位６Ｂが集光部位６Ａに間接的に連接する構成であっても、リフレクタ６の効果は、本質的に変わらない。
【００４２】
リフレクタ６の内筒が照射方向Ｄｘに対して第１の角度αで拡大する反射面と第２の角度βで拡大する反射面とで形成されているので、ＬＥＤ２から発する光のうち、基板３の端、厳密には、光源のＬＥＤ２の端からリフレクタ６の開口６０の端までの間を結ぶ直線方向に対して照射方向Ｄｘ側（内側）において進行する光は、反射面に当たらないので、進行方向を変えずに開口６０から放たれる。
【００４３】
したがって、照射方向Ｄｘに対する上記直線方向がなす所定の角度γは、所定の照射角度θに対応して実質的に所定の照射範囲Εを規定する。所定の角度γは、リフレクタ６の全長Ｌと拡大代Ｈとによって決められる。拡大代Ｈを開口６０の外縁から複数のＬＥＤ２の集合体の端に位置するＬＥＤ２までの水平距離とすると、所定の角度γは、設計上、図４に示されるように、所定の照射角度θと照射距離ｘに対して大まかにリフレクタ６の全長Ｌと開口６０の全幅Ｗによって予め決めることができる。なお、所定の角度γは、第１の角度αよりも小さく、第２の角度βよりも大きい。
【００４４】
実施の形態の投光器のリフレクタ６は、ＬＥＤ２により近い場所に設けられる集光部位６Ａの反射面の照射方向Ｄｘに対する拡大角度である第１の角度αがＬＥＤ２からより離れた場所に設けられる照射部位６Ｂの反射面の拡大角度である第２の角度βよりも大きい角度になるように形成されている。したがって、ＬＥＤ２が発する光のうち、照射方向Ｄｘに対して第１の角度αよりも大きい角度で照射方向Ｄｘからより離れた方向に拡散する光は、入射角度がより小さくなるように集光部位６Ａの反射面に当たる。
【００４５】
集光部位６ＡにおけるＬＥＤ２の直近に位置する反射面に当たる光は、集光部位６Ａの反対側の反射面に再び当たる可能性がある。しかしながら、集光部位６Ａの反射面で反射する反射光のうちで反射面に複数回当たる反射光の量は、光源のＬＥＤ２の全光量のうちの僅かである。殆どの反射光は、集光部位６Ａの長さにもよるが、浅い角度で反射面に入射して照射方向Ｄｘにより近い方向に進行方向を変えるので、集光部位６Ａの反射面に再び当たることがない。そのため、光の損失が抑制され、消費電力と発熱量を低減することができる。
【００４６】
集光部位６Ａの反射面に当たって反射した反射光のうち、第１の角度αよりも小さく所定の角度γよりも大きい角度の方向に反射した反射光は、照射部位６Ｂの反射面に当たる。また、ＬＥＤ２から発する光のうち、照射方向Ｄｘに対して所定の角度γよりも小さく第２の角度βよりも大きい角度の方向に進行する光は、比較的小さい入射角度で照射部位６Ｂの反射面に当たる。
【００４７】
ＬＥＤ２から照射部位６Ｂの反射面に当たる光の入射角度は、所定の角度γから第２の角度βを差し引いた角度よりも小さい。また、集光部位６Ａの反射面で反射した反射光が照射部位６Ｂの反射面に当たる入射角度は、第１の角度αから第２の拡度βを差し引いた角度よりも小さい。したがって、集光部位６Ａの長さにもよるが、実質的に、照射部位６Ｂの反射面で反射する光は、他の反射面に再び当たることがなく、開口６０から放たれる。そのため、光の損失が抑制され、消費電力と発熱量を低減することができる。
【００４８】
集光部位６Ａの反射面で反射する反射光が再び集光部位６Ａの他の反射面に当たる確率を小さくするためには、可能な限り第１の角度αを大きくし、集光部位６Ａの長さを長くする。ＬＥＤ２の限界の光量に基づく所定の照射範囲Εから所定の角度γが特定されるとすると、実質的に所要の光量を得るためのＬＥＤ２の個数に依存する複数のＬＥＤ２の集合体の大きさに開口６０の全幅Ｗが制限を受けるので、リフレクタ６の全長Ｌは、開口６０の全幅Ｗよりも短い範囲で決まる。実用上の第１の角度αの範囲は、約３０度〜５０度である。
【００４９】
ヒートシンク７は、基板３を密着固定するヒートシンク本体７Ａと可能な限り小さい所定の間隔でヒートシンク本体７Ａに平行に設けられる複数の平板形状のフィン７Ｂとで成る。具体的に、ヒートシンク本体７Ａは、アルミニウムの鋳造体で形成されている。また、フィン７Ｂは、アルミニウムの薄板で形成されている。望ましくは、複数のフィン７Ｂは、投光器が取り付けられる姿勢に応じて上側に開放する向きに設けられる。
【００５０】
ヒートシンク本体７Ａは、基板３の全面が接触するように基板３を密着固定する。実施の形態の投光器では、照射面Ｚに対して所定の照射角度θで下向きに光を照射するものとして、複数のフィン７Ｂが投光器の背面で隙間を開放するようにヒートシンク本体７Ａに対して垂直方向に立設され突出されるように固定している。
【００５１】
可能な限り多くの数のフィン７Ｂをヒートシンク本体７Ａに設けるべきである。しかしながら、隣り合うフィン７Ｂ同士の間隔が小さすぎると、隣接するフィン７Ｂ同士の隙間に形成される空間における空気の流れが悪くなる。そのため、放熱によって暖められた熱い空気が上記空間に滞留して新しい温度の低い空気と交換されにくくなり、放熱効果が低下する。したがって、基本的に、複数のフィン７Ｂが配置される所定の間隔は、投光器の設置場所に依存して、少なくとも暖められた空気が上記空間から放出されるために最低限度必要な長さよりも長い。
【００５２】
実施の形態の投光器では、リフレクタ６の効果によってＬＥＤ２の発熱量が少なく抑えられている。そして、複数の大面積で薄い平板形状のフィン７Ｂによってより効果的に放熱できる。そのため、冷却装置なしに空気に自然に放熱させるだけでＬＥＤ２の周囲の温度を安全な温度に維持する。その結果、実施の形態の投光器は、ヒートシンク７の質量が増大せず、総重量がより軽量にされている。また、実施の形態の投光器は、構成がより簡単であり、製作が容易で壊れにくい。
【００５３】
実施の形態の投光器のヒートシンク７では、切削加工によってアルミニウムのヒートシンク本体７Ａに複数の直線溝が可能な限り小さい所定の間隔で平行に形成され、複数の薄板のフィン７Ｂが各溝にそれぞれ嵌め合わされて熱伝導性の媒体で固着されて成る。例えば、複数のフィン７Ｂは、熱伝導性の金属による溶接または高熱伝導率を有する接着剤による接着によってヒートシンク本体７Ａに固着される。したがって、実施の形態の投光器のヒートシンク７では、フィン７Ｂの翼面積をより大きくすることができるとともに、厚さをより薄くすることができる。また、実質的にフィン７Ｂを取り付けるための取付代が不要である。
【００５４】
そのため、隣接するフィン７Ｂ同士の所定の間隔をより小さくすることができ、より多くのフィン７Ｂを設けることができるが、放熱効果に対する相対的なヒートシンク７の質量の増大は、最大限度に抑えられている。そして、薄い平板形状のフィン７Ｂは、表面形状が単純で障害がないので、隣接するフィン７Ｂ同士の隙間に形成される空間の幅が比較的狭くても空気を外に放出しやすい。
【００５５】
薄いアルミニウムのフィン７Ｂは、剛性が小さく曲りやすいので、複数のフィン７Ｂのヒートシンク本体７Ａ側に対して反対側の縁を固定して支持する補強材９を設けることが望ましい。補強材９によって支持されるフィン７Ｂは、上記空間を塞ぐように曲がって上記空間の空気の流通を阻害することがない。また、補強材９は、溝の部分だけで固定されている翼面積が大きくて厚さが薄いフィン７Ｂがヒートシンク本体７Ａから脱落することを防止する。
【００５６】
また、上記構成である場合は、少なくとも複数のフィン７Ｂを外側から完全に覆うカバー８を設けることが望ましい。カバー８は、薄い鉄板、ステンレスのような鉄系の合金、あるいは強化樹脂で形成される。カバー８は、屋外に設置される投光器のヒートシンク７におけるフィン７Ｂの破損を防止する。
【００５７】
実施の形態の投光器におけるヒートシンク７は、フィン７Ｂが相当薄いので、ヒートシンク本体７Ａをアルミニウムで形成し、複数のフィン７Ｂを主に熱伝導性の高いピッチ系炭素繊維シートで形成することができる。炭素繊維シートの比重が小さいため、主に炭素繊維シートで形成されたフィン７Ｂを設けることによって、ヒートシンク７の質量をより小さくすることができ、得ることができる光量に比べて投光器の総重量が増大しない。
【００５８】
構成する材料の大半がピッチ系炭素繊維でなるフィン７Ｂは、アルミニウムの鋳造体で形成されているヒートシンク本体７Ａに所定の間隔で平行に形成されている複数の直線の溝に嵌め合わされて高熱伝導率を有する接着剤による接着によってヒートシンク本体７Ａに固着される。フィン７Ｂは、少なくとも炭素繊維で形成されている部位が熱伝導方向が直交するようにヒートシンク本体７Ａに直接接触するように設けられる。
【００５９】
薄い平板形状のフィン７Ｂをヒートシンク本体７Ａの溝に嵌め合わせて立設する実施の形態の投光器のヒートシンク７は、構造が比較的簡単である。このようなヒートシンク７は、放熱効果を得る一方で投光器の総重量を増大させない。そして、空気で自然に放熱させるだけでＬＥＤ２の周囲の温度を安全な温度に維持することができる放熱効果を有するので、冷却装置を不要にする。そのため、本発明の投光器は、構造が簡単であり、製作が容易で壊れにくい。
【００６０】
本発明の投光器は、詳しく説明されている図面に示される実施の形態に限るものではない。すでにいくつかの例が挙げられているが、本発明の目的を逸脱しない範囲で実施の形態の投光器を変形し応用して実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の投光器は、屋外の施設における夜間照明設備の照明、庭園の照明、看板の照明、工事現場における照明のように、多様な産業で使用されている照明に適用することができる。本発明は、消費電力を低減し、指定有害物質を含まず、比較的安全なＬＥＤの利点を有するＬＥＤ式投光器の普及に貢献する。
【符号の説明】
【００６２】
１：投光器本体
２：発光ダイオード素子（ＬＥＤ）
３：基板
４：支持体
５：ハンドル
６：リフレクタ
６Ａ：集光部位
６Ｂ：照射部位
７：ヒートシンク
７Ａ：ヒートシンク本体
７Ｂ：フィン（放熱板）
８：カバー
９：補強材
１０：固定ネジ
２０：固定用円板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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