(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に沿って形成された貫通孔を有する柱状のＬＥＤ支持体と、該ＬＥＤ支持体の側面に装着されたＬＥＤと、前記ＬＥＤ支持体の第１の端部の側に設けられた冷却ファンと、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部の側に設けられた口金と、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部と前記口金の間に形成された冷却空気出口室と、を有し、
前記冷却ファンからの冷却用空気は、前記貫通孔の第１の開口から前記貫通孔に入り、前記貫通孔の第２の開口から出て、前記冷却空気出口室を経由して外部に導かれるように構成されており、
前記冷却空気出口室には前記貫通孔の第２の開口から出た冷却用空気を半径方向外方に分散させる空気流分散部材が設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項２】
軸線方向に沿って形成された貫通孔を有する柱状のＬＥＤ支持体と、該ＬＥＤ支持体の側面に装着されたＬＥＤと、前記ＬＥＤ支持体の第１の端部の側に設けられた冷却ファンと、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部の側に設けられた口金と、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部と前記口金の間に形成された冷却空気出口室と、を有し、
前記冷却ファンからの冷却用空気は、前記貫通孔の第１の開口から前記貫通孔に入り、前記貫通孔の第２の開口から出て、前記冷却空気出口室を経由して外部に導かれるように構成されており、
前記ＬＥＤ支持体の第２の端部には前記貫通孔の第２の開口から出た冷却用空気を半径方向外方に導くための鍔部が設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項３】
軸線方向に沿って形成された貫通孔を有する柱状のＬＥＤ支持体と、該ＬＥＤ支持体の側面に装着されたＬＥＤと、前記ＬＥＤ支持体の第１の端部の側に設けられた冷却ファンと、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部の側に設けられた口金と、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部と前記口金の間に形成された冷却空気出口室と、を有し、
前記冷却ファンからの冷却用空気は、前記貫通孔の第１の開口から前記貫通孔に入り、前記貫通孔の第２の開口から出て、前記冷却空気出口室を経由して外部に導かれるように構成されており、
前記冷却ファンと前記ＬＥＤ支持体の第１の端部の間に断熱性材料によって形成された仕切り部材が設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項４】
請求項３記載のＬＥＤランプにおいて、
前記冷却ファンは筐体に支持されており、該筐体は前記仕切り部材に装着されていることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項５】
軸線方向に沿って形成された貫通孔を有する柱状のＬＥＤ支持体と、該ＬＥＤ支持体の側面に装着されたＬＥＤと、前記ＬＥＤ支持体の第１の端部の側に設けられた冷却ファンと、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部の側に設けられた口金と、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部と前記口金の間に形成された冷却空気出口室と、を有し、
前記冷却ファンからの冷却用空気は、前記貫通孔の第１の開口から前記貫通孔に入り、前記貫通孔の第２の開口から出て、前記冷却空気出口室を経由して外部に導かれるように構成されており、
前記ＬＥＤ支持体の第２の端部と前記口金の間に支柱が設けられており、該支柱によって前記冷却空気出口室が形成されていることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載のＬＥＤランプにおいて、
前記ＬＥＤ支持体の貫通孔に放熱用のフィンが設けられていることを特徴とするＬＥＤランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを用いたＬＥＤランプに関し、特に、冷却ファンを備えたＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源とするＬＥＤランプが広く普及している。近年、ＬＥＤランプの用途の拡大に伴って、ＬＥＤランプの高出力化及び高電力化が求められている。ＬＥＤランプは、放電ランプと比較して高い発光効率を有する利点があるが、ＬＥＤが高温化すると、発光効率が低下する欠点がある。そこで、ＬＥＤの高温化を防止するために様々な手段が講じられている。例えば、ＬＥＤを冷却するための冷却ファンを設ける。特許文献１には、密閉された外球内にＬＥＤ素子とガス流加速用ファンを設けたＬＥＤランプが開示されている。
【０００３】
冷却ファンの性能が低下すると、ＬＥＤが高温化し発光効率が低下する。冷却ファンの性能低下は、モータの潤滑油の劣化に起因する場合が多い。潤滑油の劣化は高温では加速される。特許文献２には、冷却ファンの信頼性を向上させるための手段として気流制御部を設けたＬＥＤ照明装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012-156036号公報
【特許文献２】特開2012-226960号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却ファンの性能の低下を防止するには冷却ファンのモータの高温化を防止する必要がある。一方、ＬＥＤの高温化を防止するためにはＬＥＤ支持体から効率的に熱を逃がす必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、冷却ファンの性能低下を防止すると同時に、ＬＥＤの高温化を防止し、それによって、高電力且つ高出力が可能なＬＥＤランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によると、ＬＥＤランプは、軸線方向に沿って形成された貫通孔を有する柱状のＬＥＤ支持体と、該ＬＥＤ支持体の側面に装着されたＬＥＤと、前記ＬＥＤ支持体の第１の端部の側に設けられた冷却ファンと、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部の側に設けられた口金と、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部と前記口金の間に形成された冷却空気出口室と、を有し、
前記冷却ファンからの冷却用空気は、前記貫通孔の第１の開口から前記貫通孔に入り、前記貫通孔の第２の開口から出て、前記冷却空気出口室を経由して外部に導かれるように構成されている。
【０００８】
実施形態によると、前記ＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤ支持体の貫通孔に放熱用のフィンが設けられてよい。
【０００９】
実施形態によると、前記ＬＥＤランプにおいて、前記空間には前記貫通孔の第２の開口から出た冷却用空気を半径方向外方に分散させる空気流分散部材が設けられてよい。
【００１０】
実施形態によると、前記ＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部には前記貫通孔の第２の開口から出た冷却用空気を半径方向外方に導くための鍔部が設けられてよい。
【００１１】
実施形態によると、前記ＬＥＤランプにおいて、前記冷却ファンと前記ＬＥＤ支持体の第１の端部の間に断熱性材料によって形成された仕切り部材が設けられてよい。
【００１２】
実施形態によると、前記ＬＥＤランプにおいて、前記冷却ファンは筐体に支持されており、該筐体は前記仕切り部材に装着されてよい。
【００１３】
実施形態によると、前記ＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤ支持体の第２の端部と前記口金の間に支柱が設けられており、該支柱によって前記冷却空気出口室が形成されてよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷却ファンの性能低下を防止すると同時に、ＬＥＤの高温化を防止し、それによって、高電力且つ高出力が可能なＬＥＤランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施形態に係るＬＥＤランプの構成例を説明する図である。
【図２】図２は、本実施形態に係るＬＥＤランプにおける熱の流れを説明する説明図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本実施形態に係るＬＥＤランプにおける冷却空気流を説明する説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本実施形態に係るＬＥＤランプの他の例における冷却空気流を説明する説明図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本実施形態に係るＬＥＤランプの更に他の例における冷却空気流を説明する説明図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本実施形態に係るＬＥＤランプの更に他の例における冷却空気流を説明する説明図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本実施形態に係るＬＥＤランプの更に他の例における冷却空気流を説明する説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本実施形態に係るＬＥＤランプのＬＥＤ支持体の貫通孔に設けたフィンの構造の例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本実施形態に係るＬＥＤランプのＬＥＤ支持体の貫通孔に設けたフィンの構造の例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本実施形態に係るＬＥＤランプのＬＥＤ支持体の貫通孔に設けたフィンの構造の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るＬＥＤランプの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中、同一の要素に対しては同一の参照符号を付して、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１を参照して本実施形態に係るＬＥＤランプの例を説明する。ＬＥＤランプ１０は、ＬＥＤ支持体１１と、その一方の側に設けられた口金１３と、口金１３とは反対側に設けられた冷却ファン１５と、ＬＥＤ支持体１１と冷却ファン１５の間に設けられた仕切り部材１７と、を有する。冷却ファン１５は、直流ブラシレスモータによって駆動される軸流ファンであってよい。冷却ファン１５は、筐体１５１に支持されている。筐体１５１は、仕切り部材１７に支持されている。仕切り部材１７は断熱性材料、例えば、プラスチック、樹脂、シリコンゴム等によって形成される。
【００１８】
ＬＥＤ支持体１１の中心軸線と冷却ファン１５の中心軸線（回転軸線）は、ＬＥＤランプの中心軸線に整合している。本実施形態に係るＬＥＤランプは、外球を設けない開放型である。
【００１９】
ＬＥＤランプ１０は、更に、ＬＥＤ支持体１１の両側に設けられたフランジ板１９Ａ、１９Ｂと、口金側フランジ板１９Ｂより所定の間隔にて配置された支持板２１と、口金１３と支持板２１の間に装着された絶縁体２３と、口金側フランジ板１９Ｂと支持板２１の間に設けられた支柱２５を有する。口金側フランジ板１９Ｂと支持板２１の間には、支柱２５の寸法に対応する空間によって構成された冷却空気出口室２６が形成されている。冷却空気出口室２６はＬＥＤランプ１０の周囲の外部空間に直接接続されている。
【００２０】
ＬＥＤ支持体１１は柱状又は筒状であり、その側面に光源となる複数のＬＥＤ３０が装着されている。図示の例では、ＬＥＤ支持体１１は４角柱状であるが、６角柱状等の多角柱状であってもよい。各側面に２つのＬＥＤ３０が装着されているが、３つ以上のＬＥＤを装着してもよい。ＬＥＤ３０は、正方形の基板３０Ｂとその上に装着された円形のＬＥＤ素子３０Ａを有する。ＬＥＤ素子３０Ａは、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を含む。ＬＥＤ素子は図示しないリード線によって直列に接続されている。
【００２１】
ＬＥＤ支持体１１は、熱伝導性が高い金属、例えば、銅、アルミニウム合金、ステンレス鋼、等によって構成され、ヒートシンクの機能を有する。ＬＥＤ支持体１１の内部には軸線方向に沿って貫通孔１１１（図３Ａ）が形成されている。この貫通孔の内面には、薄い板状の多数の放熱用のフィン１１３（図３Ａ）が設けられている。フィン１１３は、貫通孔の軸線方向に沿って全長に渡って延びている。フィンの形状は特に限定されない。
【００２２】
図２を参照して、仕切り部材１７の機能を説明する。上述のように、冷却ファン１５の性能低下は、モータの潤滑油の劣化に起因する場合が多い。潤滑油の劣化は高温では加速される。ＬＥＤランプ１０の発熱源は、ＬＥＤ支持体１１に装着されたＬＥＤ素子３０Ａである。ＬＥＤ素子３０Ａが発生した熱は、ヒートシンクの機能を有するＬＥＤ支持体１１を介した熱伝導によって発散されると同時に、ＬＥＤ支持体１１の周囲に放射される。矢印Ｃは、ＬＥＤ素子３０Ａが発生した熱が熱伝導によって冷却ファン１５のモータ（図示なし）方向に移動する経路を示し、矢印Ｒは、ＬＥＤ素子３０Ａが発生した熱が放射によって冷却ファン１５のモータ（図示なし）方向に移動する経路を示す。
【００２３】
本実施形態によると、ＬＥＤ素子３０Ａが発生した熱は、仕切り部材１７によって、冷却ファン１５のモータに到達することが困難となる。即ち、ＬＥＤ素子３０Ａから冷却ファン１５のモータまでの熱伝導経路及び熱放射経路は、仕切り部材１７によって遮断される。更に、ＬＥＤ素子３０Ａから冷却ファン１５のモータまでの熱伝導経路及び熱放射経路は、筐体１５１によって遮断される。
【００２４】
従って、本実施形態では、ＬＥＤ素子３０Ａが発生した熱は、仕切り部材１７及び筐体１５１によって遮断されるため、冷却ファン１５のモータに到達することが困難となる。そのため、冷却ファン１５のモータの潤滑油の温度が高温となることが阻止される。従って、冷却ファン１５の性能が低下することなく、ＬＥＤ素子３０Ａの発光効率が低下することはない。
【００２５】
図３Ａは、本実施形態に係るＬＥＤランプの主要部、特に、ＬＥＤ支持体１１と冷却ファン１５と冷却空気出口室２６の断面構成を示す。ＬＥＤ支持体１１は軸線方向の貫通孔１１１を有し、そこに多数の放熱用のフィン１１３が形成されている。貫通孔１１１の断面は、円形であってよいが、方形であってもよい。冷却ファン１５の中心軸線とＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１の中心軸線は整合している。貫通孔１１１の第１の開口には冷却ファン１５が設けられ、反対側の第２の開口には冷却空気出口室２６が形成されている。貫通孔１１１の２つの開口の間は密閉空間を形成している。
【００２６】
ここで本実施形態のＬＥＤランプの空冷システムを説明する。冷却ファン１５を回転させると、冷却ファン１５の軸線方向に沿って冷却用空気流が形成される。矢印は、冷却用空気流の経路を示す。冷却用空気は、冷却ファン１５を貫通し、ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１に導かれる。冷却用空気は、第１の開口から貫通孔１１１に入り、第２の開口から出る。本実施形態のＬＥＤランプでは、冷却用空気は、ＬＥＤランプの中心軸線に沿って、冷却ファン１５から口金１３に向けて流れる。第２の開口から出た冷却後の空気の温度は比較的高い。冷却後の空気は、冷却空気出口室２６を経由してＬＥＤランプ１０の外部に排出される。
【００２７】
冷却用空気がＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１及びフィン１１３に接触すると熱交換が行われ、冷却用空気はＬＥＤ支持体１１より熱を奪う。本実施形態では、ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１は、両端の開口を除いて、密閉空間を有するから、冷却ファン１５からの冷却用空気は全てＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１内を通過し、ＬＥＤ支持体１１の冷却に使用される。従って、ＬＥＤ支持体１１を効率的に冷却することができる。こうして、ＬＥＤ３０が高温となることはない。
【００２８】
本実施形態のＬＥＤランプ１０では、冷却ファン１５は冷却空気出口室２６から十分に離れている。従って、冷却空気出口室２６から排出された比較的高温の空気が直接冷却ファン１５に到達することが困難となる。即ち、冷却ファン１５に比較的低温の空気を供給することができる。従って、冷却ファンによる冷却効果を高めることができる。更に、冷却ファン１５及びモータの高温化を回避することができる。従って、冷却ファンのモータの潤滑油の劣化に起因する冷却ファンの性能低下を回避することができる。
【００２９】
図３Ｂを参照して本実施形態に係るＬＥＤランプの他の例を説明する。本実施形態では、冷却空気出口室２６に空気流分散部材２７が設けられている。空気流分散部材２７は円錐状に形成されてよい。尚、空気流分散部材２７の形状は円錐状に限定されることはなく、多角錐形状、ラッパ形など、口金方向に向かって徐々に拡径する形状であればどのような形状であってもよい。本実施形態に係るＬＥＤランプの構造は、空気流分散部材２７以外は、図３Ａに示したＬＥＤランプの構造と同一であってよい。
【００３０】
ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１の第２の開口から出た冷却後の空気は、冷却空気出口室２６に排出される。冷却後の空気は、空気流分散部材２７に衝突し、進路を変更して、ＬＥＤランプの外部に排出される。即ち、冷却後の空気は、空気流分散部材２７によって口金１３側に導かれる。本実施形態では、冷却空気出口室２６から排出された比較的高温の空気が直接冷却ファン１５に到達することが困難となる。即ち、冷却ファン１５に比較的低温の空気を供給することができる。
【００３１】
空気流分散部材２７を設けることによって、冷却空気出口室２６における空気の滞留を回避し、更に、冷却後の空気を半径方向外側に効率的に排出することができる。従って、ＬＥＤ支持体１１のヒートシンクの機能を向上させることができる。
【００３２】
図３Ｃを参照して本実施形態に係るＬＥＤランプの他の例を説明する。本実施形態では、冷却空気出口室２６の冷却ファン側の端部に鍔部２９が設けられている。本例では、鍔部２９は、ＬＥＤ支持体１１の口金側の端部に装着されている。本実施形態に係るＬＥＤランプの構造は、鍔部２９以外は、図３Ａに示したＬＥＤランプの構造と同一であってよい。
【００３３】
ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１の第２の開口から出た冷却後の空気は、冷却空気出口室２６に排出される。冷却後の空気は、鍔部２９に衝突し、進路を変更して、ＬＥＤランプの外部に排出される。即ち、冷却後の空気は、鍔部２９によって口金１３側に導かれ、更に、口金１３を装着するソケット（図示せず）の周囲に導かれる。本実施形態では、冷却空気出口室２６から排出された比較的高温の空気が直接冷却ファン１５に到達することが困難となる。即ち、冷却ファン１５に比較的低温の空気を供給することができる。
【００３４】
特に、密閉型の照明器具においては、比較的高温の空気をソケットに接触させることによって、ソケットに熱を吸収させることができる。そのため、密閉型の器具において、ランプの温度上昇を抑制することが可能となる。
【００３５】
図３Ｄを参照して本実施形態に係るＬＥＤランプの他の例を説明する。本実施形態では、冷却空気出口室２６の冷却ファン側の端部に鍔部２９が設けられ、更に、冷却空気出口室２６に空気流分散部材２７が設けられている。本実施形態に係るＬＥＤランプの構造は、空気流分散部材２７以外は、図３Ｃに示したＬＥＤランプの構造と同一であってよい。
【００３６】
ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１の第２の開口から出た冷却後の空気は、冷却空気出口室２６に排出される。冷却後の空気は、空気流分散部材２７及び鍔部２９Ａに衝突し、進路を変更して、ＬＥＤランプの外部に排出される。即ち、冷却後の空気は、空気流分散部材２７及び鍔部２９によって口金１３側に導かれる。本実施形態では、冷却空気出口室２６から排出された比較的高温の空気が直接冷却ファン１５に到達することが困難となる。即ち、冷却ファン１５に比較的低温の空気を供給することができる。
【００３７】
図３Ｅを参照して本実施形態に係るＬＥＤランプの他の例を説明する。本実施形態では、冷却空気出口室２６の口金側の端部に鍔部２９Ａが設けられ、冷却ファン１５の前側に鍔部２９Ｂが設けられている。本例では、口金側の鍔部２９Ａは支持板２１に装着され、冷却ファン側の鍔部２９Ｂはフランジ板１９Ｂに装着されている。本実施形態に係るＬＥＤランプの構造は、鍔部２９Ａ、２９Ｂ以外は、図３Ａに示したＬＥＤランプの構造と同一であってよい。
【００３８】
ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１の第２の開口から出た冷却後の空気は、冷却空気出口室２６に排出される。冷却後の空気は、鍔部２９Ａに衝突し、進路を変更して、ＬＥＤランプの外部に排出される。即ち、冷却後の空気は、鍔部２９Ａによって冷却ファン１５側に導かれる。しかしながら、冷却後の空気は、鍔部２９Ｂによって、進路を変更し、半径方向外方に導かれる。従って、本実施形態では、冷却空気出口室２６から排出された比較的高温の空気が直接冷却ファン１５に到達することが困難となる。即ち、冷却ファン１５に比較的低温の空気を供給することができる。
【００３９】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して、ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１に設けられた放熱用のフィン１１３の断面形状の例を説明する。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、ＬＥＤ支持体１１の貫通孔１１１の開口部から見たフィンの断面形状の例を示す。
【００４０】
図４Ａの例では、フィン１１３は、等間隔に配置された複数の平行な板によって形成されている。フィン１１３の両端は貫通孔１１１の内壁に接続されており、両端支持構造である。フィン１１３の高さは、それぞれ異なる。即ち、中央では、フィン１１３の高さは最も大きく、貫通孔１１１の直径に等しい。それから両側に遠ざかるに従って、フィン１１３の高さは小さくなる。
【００４１】
図４Ｂに示す例では、貫通孔１１１を中心角が９０℃の４つの領域に分割し、各領域にて、フィン１１３は、等間隔に配置された複数の平行な板によって形成されている。フィン１１３の一端のみが貫通孔１１１の内壁に接続されており、片持ち支持構造である。フィン１１３の高さは、それぞれ異なる。即ち、中央では、フィン１１３の高さは最も大きく、それから両側に遠ざかるに従って、フィン１１３の高さは小さくなる。
【００４２】
図４Ｃに示す例では、フィン１１３の断面は、格子状に形成されている。即ち、図４Ａに示したフィンを互いに直交するように配置することによって構成される。
【００４３】
以上、本実施形態に係るＬＥＤランプについて説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載によって定められる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ＬＥＤランプ、１１…ＬＥＤ支持体、１３…口金、１５…冷却ファン、１７…仕切り部材、１９Ａ、１９Ｂ…フランジ板、２１…支持板、２３…絶縁体、２５…支柱、２６…空間、２７…空気流分散部材、２９、２９Ａ、２９Ｂ…鍔部、３０…ＬＥＤ、３０Ａ…ＬＥＤ素子、３０Ｂ…基板、１１１…貫通孔、１１３…フィン、１５１…筐体
【図１】
0005910893.tif 000002
【図２】
0005910893.tif 000003
【図３Ａ】
0005910893.tif 000004
【図３Ｂ】
0005910893.tif 000005
【図３Ｃ】
0005910893.tif 000006
【図３Ｄ】
0005910893.tif 000007
【図３Ｅ】
0005910893.tif 000008
【図４Ａ】
0005910893.tif 000009
【図４Ｂ】
0005910893.tif 000010
【図４Ｃ】
0005910893.tif 000011