(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱性能を向上させた高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプを提供する。【解決手段】ベースには、放熱性の高い材料でコーティングするための放熱コーティング領域１１が設けられ、放熱コーティング領域は、放熱層を形成するカーボンナノチューブでコーティングされており、放熱コーティング領域の外周には、ベースとカバーとを合致させるためのシールリング溝１２が設けられ、シールリング溝には、シールリングストリップが埋め込まれている。表面の放射率が高いと熱源の周囲の媒体に依存することなく放射が行われるため、熱源は速やかに熱を外部に放射することができ、ＬＥＤランプの放熱性能が大幅に向上する。【選択図】図４
0003232193.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
光源を発光させるためのＬＥＤビーズ（１）と、前記ＬＥＤビーズ（１）を取り付けるためのベース（２）と、前記ベース（２）の背面および周囲に設置された放熱フィン（３）と、前記ＬＥＤビーズ（１）を覆う光透過カバー（４）と、前記光透過カバー（４）を固定するカバープレート（５）と、前記ベース（２）に隣接して設置された電気部品実装ボックス（６）とを備え、
前記ＬＥＤビーズ（１）と前記ベース（２）との間には放熱銅板層（７）が設けられ、前記ＬＥＤビーズ（１）の背面には反射板（８）が設けられ、前記放熱銅板層（７）は前記ベース（２）に埋め込まれ、前記放熱銅板層（７）の両側には配線溝（９）が設けられ、前記配線溝（９）は第１の配線孔（１０）を介して前記電気部品実装ボックス（６）に接続され、前記ベース（２）には、放熱性の高い材料でコーティングするための放熱コーティング領域（１１）が設けられ、前記放熱コーティング領域（１１）は、放熱層を形成するカーボンナノチューブでコーティングされており、前記放熱コーティング領域（１１）の外周には、前記ベース（２）と前記カバー（５）とを合致させるためのシールリング溝（１２）が設けられ、前記シールリング溝（１２）には、シールリングストリップが埋め込まれていることを特徴とする、
高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【請求項２】
前記放熱層の厚さが２５〜１００μｍの範囲であることを特徴とする、
請求項１に記載の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【請求項３】
前記電装品実装ボックス（６）には、ＬＥＤランプから離れた端部に、照明柱に装着するための照明柱取付部（１３）が設けられ、前記照明柱取付部（１３）には、照明柱に装着するための挿入孔（１４）と、照明柱と前記挿入孔（１４）とをロックするためのロックボルト（１５）が設けられ、前記ロックボルト（１５）は、前記照明柱取付部（１３）を貫通して前記挿入孔（１４）の内側まで延びていることを特徴とする、
請求項１に記載の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【請求項４】
前記照明柱取付部（１３）には、前記電気部品実装ボックス（６）と前記挿入孔（１４）とを接続するための第２の配線孔（１６）が設けられていることを特徴とする、
請求項３に記載の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【請求項５】
前記放熱銅板層（７）が１ｍｍ以上の厚さを有し、ダイカストにより前記ベース（２）に固定されていることを特徴とする、
請求項１に記載の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【請求項６】
前記配線溝（９）は、前記ベース（２）に凹設されていることを特徴とする、
請求項１の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【請求項７】
前記シールリング溝（１２）は、前記ベース（２）に凹設されていることを特徴とする、
請求項１に記載の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【請求項８】
前記カバープレート（５）は、ボルトによって前記ベース（２）に固定されていることを特徴とする、
請求項１に記載の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、ＬＥＤランプの構造に関し、特に、高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、発光効率が高く、長寿命、低電圧という利点のため、省エネルギーかつ環境に優しい光源として、街路照明の分野において広く採用されている。ＬＥＤの出力、光束、色温度の向上に伴い、放熱はＬＥＤの更なる性能向上と応用を図る上で非常に重要な問題となっている。現在、高出力ＬＥＤの接合部の温度制御は、主として構造の最適化と新素材の適用という２つの方法で行われている。構造の最適化とは、ヒートシンクの放熱面積の拡大や形状の最適化などにより、周囲の媒体の対流に依存して放熱する対流放射を改善する熱管理を行うものである。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような熱管理には、最終製品のサイズや重量、安全性、コストに影響を与えるなど一定の制約がある。また、閉鎖的な空間では対流が促進されず、熱交換の効率は低下する。さらに、熱放散の素材として用いられる銅やアルミニウムには、熱伝導率が高い反面、表面の熱放射係数が低いという問題がある。そのため、金属素材に溜まった熱が放散されにくく、照明器具の表面に放熱を待機している大量の熱が蓄積された状態となる。
【０００４】
本考案はこれらの問題を解決することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案は従来技術の問題を解決するために、高放熱性のカーボンナノチューブＬＥＤランプを提供する。
【０００６】
本考案が課題解決のために採用する手段は以下の通りである。
【０００７】
光源を発光させるためのＬＥＤビーズと、前記ＬＥＤビーズを取り付けるためのベースと、前記ベースの背面および周囲に設置された放熱フィンと、前記ＬＥＤビーズを覆う光透過カバーと、前記光透過カバーを固定するカバープレートと、前記ベースに隣接して設置された電気部品実装ボックスとを備え、前記ＬＥＤビーズと前記ベースとの間には放熱銅板層が設けられ、前記ＬＥＤビーズの背面には反射板が設けられ、前記放熱銅板層は前記ベースに埋め込まれ、前記放熱銅板層の両側には配線溝が設けられ、前記配線溝は第１の配線孔を介して前記電気部品実装ボックスに接続され、前記ベースには、放熱性の高い材料でコーティングするための放熱コーティング領域が設けられ、前記放熱コーティング領域は、放熱層を形成するカーボンナノチューブでコーティングされており、前記放熱コーティング領域の外周には、前記ベースと前記カバーとを合致させるためのシールリング溝が設けられ、前記シールリング溝には、シールリングストリップが埋め込まれていることを特徴とする、高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプ。
【０００８】
好ましくは、前記放熱層の厚さが２５〜１００μｍの範囲である。
【０００９】
好ましくは、前記電装品実装ボックスは、ＬＥＤランプから離れた端部に、照明柱に装着するための照明柱取付部が設けられ、前記照明柱取付部には、照明柱に装着するための挿入孔と、照明柱と前記挿入孔とをロックするためのロックボルトが設けられ、前記ロックボルトは、前記照明柱取付部を貫通して前記挿入孔の内側まで延びている。
【００１０】
好ましくは、前記照明柱取付部には、前記電気部品実装ボックスと前記挿入孔とを接続するための第２の配線孔が設けられている。
【００１１】
好ましくは、前記放熱銅板層が１ｍｍ以上の厚さを有し、ダイカストにより前記ベースに固定されている。
【００１２】
好ましくは、前記配線溝が前記ベースに凹設されている。
【００１３】
好ましくは、前記シールリング溝が前記ベースに凹設されている。
【００１４】
好ましくは、前記カバープレートがボルトによって前記ベースに固定されている。
【考案の効果】
【００１５】
本考案は、ベースに設けられた放熱コーティング領域にカーボンナノチューブで形成された放熱層をコーティングすることにより、熱伝導率が高く、比表面積が大きく、黒体に近い放射能力を持つというカーボンナノチューブ自体の特性を利用して照明器具における放射効果を高めることができる。表面の放射率が高いと、熱源の周囲の媒体に依存せず放射が行われるため、熱源は速やかに熱を外部に放射することができ、ＬＥＤの放熱性能が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の全体像を示す図
【図２】本発明の実施形態の全体像を示す図
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図を示す図
【図４】カバー、光透過カバー、反射板を取り外した状態の本実施形態の構造を示す図
【考案を実施するための形態】
【００１７】
以下、本考案の実施形態について、添付の図１乃至図４を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態の高放熱型カーボンナノチューブＬＥＤランプは、光源を発光させるためのＬＥＤビーズ（１）と、前記ＬＥＤビーズ（１）を取り付けるためのベース（２）と、前記ベース（２）の背面および周囲に設置された放熱フィン（３）と、前記ＬＥＤビーズ（１）を覆う光透過カバー（４）と、前記光透過カバー（４）を固定するカバープレート（５）と、前記ベース（２）に隣接して設置された電気部品実装ボックス（６）とを備え、前記ＬＥＤビーズ（１）と前記ベース（２）との間には放熱銅板層（７）が設けられ、前記ＬＥＤビーズ（１）の背面には反射板（８）が設けられ、前記放熱銅板層（７）は前記ベース（２）に埋め込まれ、前記放熱銅板層（７）の両側には配線溝（９）が設けられ、前記配線溝（９）は第１の配線孔（１０）を介して前記電気部品実装ボックス（６）に接続され、前記ベース（２）には、放熱性の高い材料でコーティングするための放熱コーティング領域（１１）が設けられ、前記放熱コーティング領域（１１）は、放熱層を形成するカーボンナノチューブでコーティングされており、前記放熱コーティング領域（１１）の外周には、前記ベース（２）と前記カバー（５）を合致させるためのシールリング溝（１２）が設けられ、前記シールリング溝（１２）には、シールリングストリップが埋め込まれている。
【００１９】
ベース（２）に設けられた放熱コーティング領域（１１）にカーボンナノチューブで形成された放熱層をコーティングすることにより、熱伝導率が高く、比表面積が大きく、黒体に近い放射能力を持つというカーボンナノチューブ自体の特性を利用して照明器具の放射効果を高めることができる。表面の放射率が高いと熱源の周囲の媒体に依存することなく放射が行われるため、熱源は速やかに熱を外部に放射することができ、ＬＥＤランプの放熱性能が大幅に向上する。
【００２０】
ＬＥＤビーズ（１）にはＰＮ接合部の温度を下げる効果がある。単層カーボンナノチューブの引張強度は最大１５０ＧＰａ、弾性率は１ＴＰａと鉄の１００倍であるが、密度は１／６しかない。カーボンナノチューブの熱伝導率は最大６６００Ｗ／ｍ・Ｋであり、金属表面の熱放射効率を大幅に向上させる効果がある。金属の表面に高放射率のカーボンナノチューブをスプレーし、またはダイカストで塗布することにより、放熱の態様を変更し、熱交換能力を大幅に向上させることができる。
【００２１】
カーボンナノチューブアレイの間にポリマーを充填することにより、アレイとポリマーの熱伝導性を向上させることができる。ポリエステルはアルミ製ヒートシンクとの密着性がよく、成膜やダイカスト後の耐摩耗性、耐油性、耐塩水噴霧性、耐薬品性、耐酸化性、耐腐食性に優れる。ＬＥＤランプの定常的な温度場を均一にすることにより、ランプの熱管理性能が大幅に向上し、ＬＥＤの接合部の温度を大幅に下げることができる。さらにヒートシンク材の使用量を減らし、ヒートシンクの構造をシンプルにすることにより、エネルギー消費を抑え、コストを削減することができる。
【００２２】
現在、ＬＥＤの変換効率は、電気から光への変換が約２０％、電気から熱への変換が約８０％という比率構成である。光への変換効率には、デバイスの効率的な放熱技術による改善の余地がある。ＬＥＤユニットを高輝度化すれば、機器内のＬＥＤユニットの数を大幅に減らすことができ、消費電力の削減、コストの低減、放熱性の向上など連鎖的な効果が期待でき、省エネルギーや排出ガス削減政策に大きく貢献することができる。
【００２３】
また、カーボンナノチューブの一次元構造の利点を最大限に活かし、放熱層の内部に強化されたネットワークを形成することにより、コーティングの機械的特性、特に耐摩耗性や硬度などが大幅に向上し、さらには自己修復型コーティングの一部を形成することができる。
【００２４】
放熱塗料を使用することにより、アルミヒートシンクの温度を１０度下げることができるため、アルミニウムの量を２５％減少させることができ、ＬＥＤビーズ（１）の耐用年数を２倍にすることができる。
【００２５】
カーボンナノチューブとベース（２）の接触は、基板との接触ほど緊密ではなく、カーボンナノチューブの長さが不揃いなため、ベース（２）と接触しているカーボンナノチューブと接触していないカーボンナノチューブが存在する。これによりアレイとベース（２）との有効接触面積は、基板のそれよりも小さくなる。
【００２６】
アレイのベースとトップの間のエアギャップの熱抵抗が大きいため、全体的な接触熱抵抗は大きくなる。カーボンナノチューブアレイの熱抵抗は、アレイの厚さ、カーボンナノチューブの直径分布および密度などの多くの要因に関係している。カーボンナノチューブの配列密度と相互の絡み合いの度合いは相反しており、配列密度が高くなると並列モデルの配列の熱抵抗が徐々に小さくなるという技術的原理に従って、通常は加圧により配列と基板の接触を改善する。加圧プロセスでは圧力が大きいほど、またアレイの厚さが小さいほど、アレイの上部とベース（２）の間の接触熱抵抗が小さくなり、アレイとベース（２）の間の接触熱抵抗が基板とほぼ同じになる。カーボンナノチューブ複合膜とアルミなどの金属との密着性は非常に高く、溶射やダイカストで放射層を作って膜厚を小さくした照明器具の接合部温度は、絶対的な黒体とほぼ同じである。カーボンナノチューブアレイと基板との接触熱抵抗、カーボンナノチューブアレイとベース（２）との接触熱抵抗、カーボンナノチューブ自体の熱抵抗が大幅に改善される。
【００２７】
本実施形態では、放熱層の厚さは２５〜１００μｍの範囲内である。
【００２８】
本実施形態では、ＬＥＤ照明器具の取り付けを容易にするために、電気部品実装ボックス（６）には、ＬＥＤ照明から離れた端部に照明柱を接続するための照明柱取付部（１３）が設けられ、照明柱取付部（１３）には、照明柱を挿入するための挿入孔（１４）が設けられ、照明柱取付部（１３）には、照明柱を挿入孔（１４）内でロックするためのロックボルト（１５）が設けられている。ロックボルト（１５）は、照明柱取付部（１３）を貫通して挿入孔（１４）内に延びている。照明柱取付部（１３）には、電気部品実装ボックス（６）と挿入孔（１４）とを接続するための第２の配線孔（１６）が設けられている。
【００２９】
本実施形態では、放熱銅板層（７）は１ｍｍ以上の厚さを有し、ダイカストによりベース（２）に固定されている。放熱銅板層（７）の裏面は、接触面積を増加させるために平坦であってもよいし、波状であってもよい。配線溝（９）は取り付けを容易にするためにベース（２）に凹状に設けられている。シールリング溝（１２）はベース（２）に凹状に設けられている。カバープレート（５）はベース（２）にボルトで固定されている。電気部品実装ボックス（６）には保護カバー板が設けられている。
【００３０】
また、放熱コーティング領域（１１）にカーボンナノチューブを塗布する場合、塗布前にカーボンナノチューブをカーボンナノチューブ分散体に形成すると塗布の密着性が強く、放熱効果が良好である。本実施形態では、カーボンナノチューブ分散体１００ｇの調製を例に挙げてカーボンナノチューブ分散体の調製方法について記載する。
【００３１】
ステップ１：０．４０ｇの分散剤ＴＮＷＤＩＳを９７．６０ｇの脱イオン水に溶解する。ＴＮＷＤＩＳは常温での溶解度が小さいので、加熱して溶解を助けることができるが、加熱温度は雲点温度（６８〜７０℃）を超えないことが好ましい。
ステップ２：カーボンナノチューブ２．００ｇを添加し、カーボンナノチューブが分散剤水溶液に完全に濡れて水面に浮かないように撹拌する。
ステップ３：超音波処理を開始する。処理の過程で分散液が高温になって発泡するので、５分間の超音波処理の後、分散液を取り出して氷水に入れて冷却し、消泡した後、合計５回の超音波処理を続けることが好ましい。
ステップ４：分散の度合いを観察する。ガラス棒で水に少量の分散液を加え、希釈状態を観察する。よく分散したカーボンナノチューブは水の中のインクの一滴のように素早く均一に広がるのに対し、分散していないカーボンナノチューブは水の中で黒い粒子となる。
ステップ５：超音波処理後、分散液を遠心分離して沈降させ、未分散の凝集粒子を除去する。  遠心分離速度は２００００ｒ／ｍｉｎ、遠心分離時間は３０分である。遠心分離後の分散液は半年以上は安定して保存することができる。
ステップ６：遠心分離後、上層を３００の汎用ろ布で濾過し、最終的なカーボンナノチューブ分散液を得る。下部の沈殿物を一定の重さになるまで乾燥させ、Ｇ２として記録した。沈殿物の熱重量分析を行い、４５０℃での熱重量損失ｆ（％）を沈殿物中の分散剤含有量とする。
ステップ７：分散液中のカーボンナノチューブの実際の含有量（％）＝２．００−（１−ｆ）×Ｇ２
【００３２】
上記の準備段階での粉砕・分散装置の使用に関する推奨事項を以下に示す。
１．  １〜２Ｌのカーボンナノチューブ水性分散液の調製には、実験室用の分散槽を使用し、粉砕媒体は１．０〜１．２ｍｍのケイ酸ジルコニウムビーズまたは酸化ジルコニウムビーズを使用することができる。
２．１０〜２０Ｌのカーボンナノチューブ分散液を調製するには、小型のバスケット型サンドミルを使用することができる。サンディングメディアは、ジルコニウムシリケートビーズまたは酸化ジルコニウムビーズから装置が許容する範囲でより小さい直径のものが選択される。
３、水性媒体のサンディング工程では、泡による分散効果への影響を抑えるために消泡剤を添加する必要がある。
４、液体エポキシ樹脂のような中粘度の分散媒体の場合、サンドミルでは媒体の効果的な動きを駆動することができないので、分散液を粉砕するためにコニカルミルや３ローラーマシンを選択することができる。
【００３３】
以上述べたことは本考案の好ましい実施形態に過ぎず、実質的に同一の手段で考案の目的を達成する技術的解決手段が本考案の保護範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１    ＬＥＤビーズ
２    ベース
３    放熱フィン
４    光透過カバー
５    カバープレート
６    電気部品実装ボックス
７    放熱銅板層
８    反射板
９    配線溝
１０  第１の配線孔
１１  放熱コーティング領域
１２  シールリング溝
１３  照明柱取付部
１４  挿入孔
１５  ロックボルト
１６  第２の配線孔
【図１】
0003232193.tif 000003
【図２】
0003232193.tif 000004
【図３】
0003232193.tif 000005
【図４】
0003232193.tif 000006