(57)【要約】【課題】十分な放熱性能が得られるＬＥＤ照明用放熱装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ照明用放熱装置３は、ＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部8を有するヒートパイプ７と、ヒートパイプ11に一体に設けられた放熱フィン９とを備えている。ヒートパイプ７のコンテナ12の作動液封入部13は、上下方向にのびる複数の作動液流通部14と、複数の作動液流通部14の下端部どうしを通じさせる少なくとも１つの下ヘッダ部19とを備えている。下ヘッダ部19の下壁19a外面に、ＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部８を設ける。下ヘッダ部19の下壁19a内面に、受熱部８に受けられた熱を下ヘッダ部19内の作動液に伝える伝熱フィン38を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液が封入された作動液封入部、およびＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部を有するヒートパイプと、ヒートパイプに一体に設けられた放熱フィンとを備えており、
ヒートパイプのコンテナの作動液封入部が、上下方向にのびる複数の作動液流通部と、複数の作動液流通部の下端部どうしを通じさせる少なくとも１つの下ヘッダ部とを備え、下ヘッダ部を構成する壁の外面に、ＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部が設けられ、下ヘッダ部を構成する壁の内面に、受熱部に受けられた熱を下ヘッダ部内の作動液に伝える伝熱フィンが設けられているＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項２】
すべての作動液流通部の下端部どうしが１つの下ヘッダ部により通じさせられており、下ヘッダ部の下壁外面に受熱部が設けられ、下ヘッダ部の下壁内面に伝熱フィンが設けられている請求項１記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項３】
伝熱フィンが、下ヘッダ部の下壁に上方突出状に一体に形成されている請求項１または２記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項４】
下ヘッダ部の下壁内面に、ピンからなる複数の伝熱フィンが設けられている請求項３記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項５】
下ヘッダ部の下壁内面に、凸条からなる複数の伝熱フィンが設けられており、伝熱フィンの上端と下ヘッダ部の上壁内面との間に隙間が形成されている請求項３記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項６】
下ヘッダ部の下壁上面が平坦面であり、下ヘッダ部の下壁上面が水平な状態、または水平面に対して４５度以下傾斜した状態で用いられるようになっている請求項１〜５のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項７】
ヒートパイプのコンテナにおける作動液が封入された部分の内容積に対する作動液の量が、体積基準で１０〜５５％となっている請求項１〜６のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項８】
ヒートパイプのコンテナの作動液流通部が管からなり、各作動液流通部に放熱フィンが設けられており、作動液流通部および放熱フィンが１つの押出形材に形成されている請求項１〜７のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項９】
前記押出形材が、全作動液流通部が１つの円周上に位置するとともに、放熱フィンが前記円周上から等角度間隔で径方向外方に張り出すように並べられている請求項８記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項１０】
放熱フィンに、複数の放熱部が、放熱フィンの張り出し方向に間隔をおいて設けられている請求項９記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項１１】
上下両端が開口しかつＬＥＤに電力を供給する給電用配線を保護する配線保護筒を備えており、ヒートパイプの作動液封入部の作動液流通部が配線保護筒の周囲に設けられ、放熱フィンが、ヒートパイプのコンテナの作動液流通部に、配線保護筒とは反対側に突出するように一体に設けられている請求項８〜１０のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【請求項１２】
すべての作動液流通部および配線保護筒の上下両端部が上下両保持部材に接合され、上保持部材に上ヘッダ部が設けられるとともに下保持部材に下ヘッダ部が設けられ、すべての作動液流通部の上端部どうしが１つの上ヘッダ部により通じさせられている請求項１１記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤ照明装置に用いられるＬＥＤ灯具のＬＥＤから発生する熱を放熱する放熱装置に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、図１の上下を上下というものとする。
【背景技術】
【０００３】
ＬＥＤを有する発光源を備えたＬＥＤ灯具は、従来の白熱電球などの灯具と比べて、発光効率が高く、低消費電力で明るいという優れた特徴があるが、現在の技術では、消費電力の約８０％が熱になり、また、ＬＥＤを取り巻く樹脂材料が熱によって劣化し、発光効率が低下するとともに、寿命が短くなる。
【０００４】
そこで、低消費電力型ＬＥＤ灯具の場合、ＬＥＤ灯具の周囲に放熱フィンが設けられることにより、ＬＥＤから発せられる熱が放熱されている。
【０００５】
ところで、消費電力が１０Ｗ以上の高消費電力型ＬＥＤ灯具を用いたＬＥＤ照明では上述した構成では、放熱が不十分である。
【０００６】
そこで、高消費電力型ＬＥＤ灯具を用いたＬＥＤ照明用放熱装置として、ヒートパイプと、ヒートパイプの下部に取り付けられた受熱部材と、ヒートパイプの上部に取り付けられた放熱部材とを備えており、受熱部材が、ヒートパイプに挿入される筒状であるとともに、受熱部材の外周面に、ＬＥＤから発せられる熱を受ける複数の受熱部が設けられ、ヒートパイプが、筒状受熱部材内に挿入固定されている放熱装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の放熱装置においては、ＬＥＤ照明が高消費電力の場合、受熱部材とヒートパイプとの間の伝熱性が不足し、十分な放熱性能が得られない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２４３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の目的は、上記問題を解決し、十分な放熱性能が得られるＬＥＤ照明用放熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１１】
1)作動液が封入された作動液封入部、およびＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部を有するヒートパイプと、ヒートパイプに一体に設けられた放熱フィンとを備えており、
ヒートパイプのコンテナの作動液封入部が、上下方向にのびる複数の作動液流通部と、複数の作動液流通部の下端部どうしを通じさせる少なくとも１つの下ヘッダ部とを備え、下ヘッダ部を構成する壁の外面に、ＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部が設けられ、下ヘッダ部を構成する壁の内面に、受熱部に受けられた熱を下ヘッダ部内の作動液に伝える伝熱フィンが設けられているＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１２】
2)すべての作動液流通部の下端部どうしが１つの下ヘッダ部により通じさせられており、下ヘッダ部の下壁外面に受熱部が設けられ、下ヘッダ部の下壁内面に伝熱フィンが設けられている上記1)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１３】
3)伝熱フィンが、下ヘッダ部の下壁に上方突出状に一体に形成されている上記1)または2)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１４】
4)下ヘッダ部の下壁内面に、ピンからなる複数の伝熱フィンが設けられている上記3)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１５】
5)下ヘッダ部の下壁内面に、凸条からなる複数の伝熱フィンが設けられており、伝熱フィンの上端と下ヘッダ部の上壁内面との間に隙間が形成されている上記3)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１６】
6)下ヘッダ部の下壁上面が平坦面であり、下ヘッダ部の下壁上面が水平な状態、または水平面に対して４５度以下傾斜した状態で用いられるようになっている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１７】
7)ヒートパイプのコンテナにおける作動液が封入された部分の内容積に対する作動液の量が、体積基準で１０〜５５％となっている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１８】
8)ヒートパイプのコンテナの作動液流通部が管からなり、各作動液流通部に放熱フィンが設けられており、作動液流通部および放熱フィンが１つの押出形材に形成されている上記1)〜7)のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００１９】
9)前記押出形材が、全作動液流通部が１つの円周上に位置するとともに、放熱フィンが前記円周上から等角度間隔で径方向外方に張り出すように並べられている上記8)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００２０】
10)放熱フィンに、複数の放熱部が、放熱フィンの張り出し方向に間隔をおいて設けられている上記9)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００２１】
11)上下両端が開口しかつＬＥＤに電力を供給する給電用配線を保護する配線保護筒を備えており、ヒートパイプの作動液封入部の作動液流通部が配線保護筒の周囲に設けられ、放熱フィンが、ヒートパイプのコンテナの作動液流通部に、配線保護筒とは反対側に突出するように一体に設けられている上記8)〜10)のうちのいずれかに記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【００２２】
12)すべての作動液流通部および配線保護筒の上下両端部が上下両保持部材に接合され、上保持部材に上ヘッダ部が設けられるとともに下保持部材に下ヘッダ部が設けられ、すべての作動液流通部の上端部どうしが１つの上ヘッダ部により通じさせられている上記11)記載のＬＥＤ照明用放熱装置。
【発明の効果】
【００２３】
上記1)〜12)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、ヒートパイプのコンテナの作動液封入部が、上下方向にのびる複数の作動液流通部と、複数の作動液流通部の下端部どうしを通じさせる少なくとも１つの下ヘッダ部とを備え、下ヘッダ部を構成する壁の外面に、ＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部が設けられ、下ヘッダ部を構成する壁の内面に、受熱部に受けられた熱を下ヘッダ部内の作動液に伝える伝熱フィンが設けられているので、ＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部とヒートパイプの下ヘッダ部内の作動液との間の伝熱面積が増大し、受熱部とヒートパイプの下ヘッダ部内の作動液との間の伝熱性が向上する。したがって、高消費電力型ＬＥＤ灯具を用いたＬＥＤ照明の場合であっても、十分な放熱性能が得られることになり、ＬＥＤ灯具の長寿命化を図ることができる。
【００２４】
上記3)〜5)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、伝熱フィンが、外面に受熱部が設けられた下ヘッダ部の下壁に上方突出状に一体に形成されているので、受熱部とヒートパイプの下ヘッダ部内の作動液との間の伝熱性が一層向上する。
【００２５】
上記6)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、下ヘッダ部の下壁上面が平坦面であり、下ヘッダ部の下壁上面が水平な状態、または水平面に対して４５度以下傾斜した状態で用いられるようになっているので、受熱部の温度と放熱フィンの周囲の温度差が小さくなり、高消費電力型ＬＥＤ灯具を用いたＬＥＤ照明の場合であっても、十分な放熱性能が得られる。
【００２６】
上記7)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、ヒートパイプがドライアウトを起こすことなく、かつ必要十分な伝熱性能を有することになる。
【００２７】
上記8)のＬＥＤ照明用放熱装置によれば、ヒートパイプのコンテナの作動液流通部が管からなり、各作動液流通部に放熱フィンが設けられており、作動液流通部および放熱フィンが１つの押出形材に形成されているので、作動液流通部および放熱フィンを比較的簡単につくることができるとともに、作動液流通部内の作動液と放熱フィンとの間の伝熱性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明のＬＥＤ照明用放熱装置の全体構成を示す正面から見た垂直断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１のＬＥＤ照明用放熱装置を用いて行った実験結果を示すグラフである。
【図５】この発明のＬＥＤ照明用放熱装置の下ヘッダ部の変形例を示す図１の一部分に相当する図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３０】
以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【００３１】
図１はこの発明の放熱装置を備えたＬＥＤ照明の全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。また、図４は図１の放熱装置を用いて行った実験結果を示す。
【００３２】
図１〜図３において、ＬＥＤ照明(1)は、ＬＥＤ灯具(2)と、ＬＥＤ灯具(2)のＬＥＤ（図示略）から発せられる熱を放熱するＬＥＤ照明用放熱装置(3)（以下、単に放熱装置(3)と称する）とからなる。
【００３３】
ＬＥＤ灯具(2)は、回路基板(5)、および回路基板(5)に実装されかつ複数のＬＥＤ（図示略）を有するＬＥＤユニット(6)からなる複数の発光源(4)とによって構成されている。
【００３４】
放熱装置(3)は、ＬＥＤ灯具(2)のＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部(8)を有するヒートパイプ(7)と、ヒートパイプ(7)に一体に設けられた複数の放熱フィン(9)と、上下両端が開口しかつＬＥＤに電力を供給する給電用配線を保護する円筒状の配線保護筒(11)とを備えている。
【００３５】
ヒートパイプ(7)は、コンテナ(12)の作動液封入部(13)内に作動液が封入されたものである。コンテナ(12)は、長手方向を上下方向に向けた管からなり、かつ配線保護筒(11)の周囲の部分に配線保護筒(11)を取り囲むように周方向に間隔をおいて設けられた複数の作動液流通部(14)を備えている。各作動液流通部(14)に放熱フィン(9)が一体に設けられており、作動液流通部(14)および放熱フィン(9)が１つのアルミニウム押出形材(15)に形成されている。全ての押出形材(15)の作動液流通部(14)は１つの円周上に位置するように並べられ、放熱フィン(9)は、配線保護筒(11)に対して周方向に等角度間隔となるように放射状に一体に設けられている。
【００３６】
配線保護筒(11)および作動液流通部(14)の上下両端部は、アルミニウム製の上下両保持部材(16)(17)に接合されている。上保持部材(16)にすべての作動液流通部(14)の上端部が通じる上ヘッダ部(18)が設けられ、下保持部材(17)にすべての作動液流通部(14)の下端部が通じる下ヘッダ部(19)が設けられている。
【００３７】
上保持部材(16)は、中央部に上下方向にのびる貫通穴(22)が形成されるとともに、貫通穴(22)の周りの部分に下方に開口した環状凹部(23)が形成された円形の第１部材(21)と、中央部に第１部材(21)の貫通穴(22)に合致する貫通穴(25)が形成され、かつ第１部材(21)にろう付などにより接合されて環状凹部(23)の下端開口を閉鎖する平板状の第２部材(24)とよりなる。配線保護筒(11)の上端は、その内部が貫通穴(25)に通じるように、第２部材(24)にろう付などにより接合されている。また、第２部材(24)における貫通穴(25)の周囲の部分に、作動液流通部(14)と同数の作動液流入穴(26)が、１つの円周上に位置するように周方向に等間隔をおいて形成されており、各作動液流通部(14)の上端は、その内部が作動液流入穴(26)に通じるように、第２部材(24)にろう付などにより接合されている。そして、上保持部材(16)に、すべての作動液流通部(14)の上端部が通じる円環状の上ヘッダ部(18)が設けられている。上ヘッダ部(18)の上壁(18a)、すなわち第１部材(21)の環状凹部(23)の底壁に、下方突出状のピンからなる複数の伝熱フィン(28)が点在するように一体に設けられている。ここでは、伝熱フィン(28)の下端は第２部材(24)にろう付などにより接合されているが、これに限定されるものではなく、伝熱フィン(28)の下端と第２部材(24)との間に間隙が形成されていてもよい。なお、上ヘッダ部(18)の伝熱フィン(28)は、必ずしも必要としない。
【００３８】
下保持部材(17)は、中央部に上下方向にのびる貫通穴(32)が形成されるとともに、貫通穴(32)の周りの部分に上方に開口した環状凹部(33)が形成された円形の第１部材(31)と、中央部に第１部材(31)の貫通穴(32)に合致する貫通穴(35)が形成され、かつ第１部材(31)にろう付などにより接合されて環状凹部(33)の上端開口を閉鎖する平板状の第２部材(34)とよりなる。配線保護筒(11)の下端は、その内部が貫通穴(35)に通じるように、第２部材(34)にろう付などにより接合されている。また、第２部材(34)における貫通穴(35)の周囲の部分に、作動液流通部(14)と同数の作動液流入穴(36)が、１つの円周上に位置するように周方向に等間隔をおいて形成されており、各作動液流通部(14)の下端は、その内部が作動液流入穴(36)に通じるように、第２部材(34)にろう付などにより接合されている。そして、下保持部材(17)に、すべての作動液流通部(14)の下端部が通じる円環状の下ヘッダ部(19)が設けられている。なお、下ヘッダ部(19)の下壁(19a)の上面は平坦面である。下ヘッダ部(19)の下壁(19a)、すなわち第１部材(31)の環状凹部(33)の底壁に、上方突出状のピンからなる複数の伝熱フィン(38)が点在するように一体に設けられている。ここでは、伝熱フィン(38)の上端は第２部材(34)にろう付などにより接合されているが、これに限定されるものではなく、伝熱フィン(38)の上端と第２部材(34)との間に間隙が形成されていてもよい。
【００３９】
そして、全押出形材(15)の作動液流通部(14)、および上下両保持部材(16)(17)によりコンテナ(12)が形成されるとともに、全作動液流通部(14)および上下両ヘッダ部(18)(19)により作動液封入部(13)形成され、作動液封入部(13)内に作動液（図示略）が封入されてヒートパイプ(7)が構成されている。ここで、ヒートパイプ(7)のコンテナ(12)における作動液封入部(13)の内容積に対する作動液の量は、体積基準で１０〜５５％となっていることが好ましい。作動液の量が１０％未満の場合には、ヒートパイプ(7)のドライアウトが起こりやすくなるとともに伝熱性能が不足し、５５％を超えると作動液封入部(13)内における気相作動液が凝縮する凝縮部が不足し、伝熱性能の低下を招くおそれがある。
【００４０】
放熱フィン(9)には、複数の放熱部(39)が、放熱フィン(9)の張り出し方向に間隔をおいて設けられている。放熱部(39)は、たとえば放熱フィン(9)の張り出し方向と直角をなしていたり、あるいは一定の角度をなすように傾斜していることがある。放熱部(39)の水平断面における幅は、放熱フィン(9)の基端側から先端側のものに向かって徐々に広くなっている。
【００４１】
ＬＥＤ灯具(2)は、回路基板(5)が、下保持部材(17)の第１部材(31)下面における貫通穴(32)の周囲の部分にねじ止めされることにより放熱装置(3)に着脱自在に取り付けられている。ＬＥＤ灯具(2)の回路基板(5)には、上端開口から配線保護筒(11)内に入れられた図示しない給電配線が接続されている。そして、ヒートパイプ(7)のコンテナ(12)の下保持部材(17)における下ヘッダ部(19)の下壁(19a)下面（下ヘッダ部(19)を構成する壁の外面）に、ＬＥＤ灯具(2)の発光源(4)のＬＥＤから発せられる熱を受ける受熱部(8)が設けられている。
【００４２】
ＬＥＤ照明装置(1)は、放熱装置(3)のヒートパイプ(7)のコンテナ(12)における下ヘッダ部(19)の下壁(19a)上面が水平な状態、または水平面に対して４５度以下傾斜した状態で用いられることが好ましい。上述した状態で用いることが好ましいことは、本発明者等が行った次の実験により求められたものである。上記実験は、放熱装置(3)の下保持部材(17)の第１部材(31)下面に熱源を取付けた状態で、下ヘッダ部(19)の下壁(19a)上面の水平面に対する傾斜角度を変更しつつ、熱源の温度と放熱フィン(9)の周囲の温度である雰囲気温度との温度差を求めたものである。その結果を図４に示す。図４に示す結果から、下ヘッダ部(19)の下壁(19a)上面が水平な状態、または水平面に対して４５度以下傾斜した状態の場合に、熱源の温度と放熱フィン(9)の周囲の温度である雰囲気温度との温度差が小さく、十分な放熱性能が得られていることが分かる。
【００４３】
上述したＬＥＤ照明装置(1)において、ＬＥＤ灯具(2)の発光源(4)から光が発せられている際に、発光源(4)のＬＥＤから熱が発せられる。ＬＥＤから発せられた熱は、下保持部材(17)における下ヘッダ部(19)の下壁(19a)下面に設けられた受熱部(8)に伝わり、下壁(19a)および伝熱フィン(38)を介して下ヘッダ部(19)内の作動液に伝わって作動液が蒸発し、気相作動液が生じる。その結果、下ヘッダ部(19)内の圧力が上昇し、気相作動液が作動液流出穴(36)を通るとともに作動液流通部(14)内を上方に流れる。気相作動液が作動液流通部(14)内を上方に流れる間に、気相作動液の有する熱が放熱フィン(9)に伝わるとともに、放熱フィン(9)から外部に放熱され、熱を奪われた気相作動液が凝縮する。再凝縮した液相作動液が、重力により下方に流れるので、ヒートパイプ(7)において、気相作動液の上方への流れと液相作動液の下方への流れが発生し、作動液の循環がおきる。したがって、ＬＥＤ灯具(2)の発光源(4)のＬＥＤが冷却される。
【００４４】
図５および図６は、図１〜図３に示すＬＥＤ照明用放熱装置(3)におけるヒートパイプ(7)の下ヘッダ部の変形例を示す。
【００４５】
図５および図６において、下ヘッダ部(40)の下壁(40a)、すなわち第１部材(31)の環状凹部(33)の底壁に、上方突出状の環状凸条からなる複数の伝熱フィン(41)が一体に設けられている。伝熱フィン(41)となる凸条は、貫通穴(32)と同心状となるように、下壁(40a)の径方向に間隔をおいて設けられている。伝熱フィン(41)の上端と第２部材(34)との間には間隙が形成されている。
【００４６】
その他の構成は、下ヘッダ部(19)と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
この発明によるＬＥＤ照明用放熱装置は、高消費電力型のＬＥＤ照明において、ＬＥＤから発せられる熱を効率良く放熱するのに用いられる。
【符号の説明】
【００４８】
(1)：ＬＥＤ照明装置
(3)：放熱装置
(7)：ヒートパイプ
(8)：受熱部
(9)：放熱フィン
(11)：配線保護筒
(12)：コンテナ
(13)：作動液封入部
(14)：作動液流通部
(15)：押出形材
(16)(17)：上下両保持部材
(18)：上ヘッダ部
(19)(40)：下ヘッダ部
(19a)(40a)：下壁
(38)(41)：伝熱フィン
(39)：放熱部
【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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【図６】
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