(57)【要約】【課題】  水銀灯型ＬＥＤ光源において、安定器の対応をすること無く、熱等による故障の発生を軽減する。【解決手段】  本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器１は、ＬＥＤ光源部１００と、電源供給部４００と、冷却ファン３１０と、から成り、ＬＥＤ光源部１００は、複数の短冊型ＬＥＤ基板１１０と、１つの円板型ＬＥＤ基板１２０と、から成り、該ＬＥＤ光源部１００全体として柱状の形状であり、該電力供給部４００のコンデンサ４１０は耐熱型コンデンサであり、該冷却ファン３１０は、該柱状の両端部付近に配置され、耐熱型冷却ファンであるという構成を採用した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀灯型ＬＥＤ投光器において、ＬＥＤ光源部と、電源供給部と、冷却ファンと、から成り、
該ＬＥＤ光源部は、複数の短冊型ＬＥＤ基板と、１つの円板型ＬＥＤ基板と、から成り、該ＬＥＤ光源部全体として柱状の形状であり、
該電力供給部のコンデンサは耐熱型コンデンサであり、
該冷却ファンは、該柱状の両端部付近に配置され、耐熱型冷却ファンであることを特徴とする水銀灯型ＬＥＤ投光器。
【請求項２】
前記短冊型ＬＥＤ基板同士の間には隙間があることを特徴とする請求項１に記載の水銀灯型ＬＥＤ投光器。
【請求項３】
前記耐熱型コンデンサの耐熱寿命は１０５℃１０００時間以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水銀灯型ＬＥＤ投光器。
【請求項４】
前記耐熱型冷却ファンの耐熱寿命は１０５℃１０００時間以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の水銀灯型ＬＥＤ投光器。
【請求項５】
前記コンデンサは高耐圧コンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の水銀灯型ＬＥＤ投光器。
【請求項６】
前記コンデンサの耐圧は２８０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の水銀灯型ＬＥＤ投光器。
【請求項７】
Ｅ型口金を持つことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の水銀灯型ＬＥＤ投光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀灯型ＬＥＤ投光器に関し、詳しくは、水銀灯型ＬＥＤ投光器の品質及び寿命の向上、適応範囲の拡大についての技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省電力化の観点から、照明器具を白熱電球や蛍光灯からＬＥＤ光源に変える傾向にある。白熱電球や蛍光灯に比べて、ＬＥＤ光源は、使用する電力が小さく、長寿命であるからである。
街灯や大型施設で用いる水銀灯についても、同様の動きが進められつつある。水銀灯は、高輝度を発生させることが出来るが、使用する電力が大きく、寿命が比較的短いためである。
しかし、水銀灯は一般的な白熱電球とは異なり、起動時に高電圧を必要とすることから、高電圧を含む電圧調整を水銀灯の状態に応じて行うための安定器が必要である。そのため、一般的なＬＥＤ光源に置き換えるには、水銀灯電球のみでなく、安定器を含む照明機器全体の対応のための工事も必要となり、ＬＥＤ光源への変更のコストが大幅に上昇してしまう場合もあった。
また、照明機器全体の工事を行うことなく、一般的なＬＥＤ光源を付けてしまうと、ＬＥＤ光源に想定外の電圧がかかり、ＬＥＤ光源の故障、破壊の原因となっていた。
【０００３】
これに対して、水銀灯電球に対応したＬＥＤ光源も開発されつつある。水銀灯の安定器からの高電圧に対応するような電源部を備えた水銀灯型ＬＥＤ光源である。このＬＥＤ光源によって、水銀灯電球のみを水銀灯型ＬＥＤ光源に変えることで、ＬＥＤ化を進めることが出来る。
【０００４】
しかしながら、水銀灯型ＬＥＤ光源は、高輝度出力であることから、ＬＥＤ素子が高熱を発生し、ＬＥＤ光源付近の温度が大きくなってしまう場合があった。その際、ＬＥＤ光源内の部品の劣化等で故障が発生し、光源の寿命が大幅に短くなってしまうことがあった。
そのため、水銀灯型ＬＥＤ光源であっても、熱等による故障の発生を軽減する構成が求められていた。
【０００５】
また、水銀灯には、多くの種類が存在し、種々の電圧のものがあり、水銀灯型ＬＥＤ光源と称するものであっても、高電圧の安定器を使用する照明機器には対応できなかったり、故障を頻発させる場合もあった。
そのため、多くの水銀灯で扱われる電圧をカバーするＬＥＤ光源が求められていた。
【０００６】
このような問題に対して、従来からも様々な技術が提案されている。例えば、
ＬＥＤ素子の寿命が長く保たれる照明ランプ（特許文献１参照）が提案され、公知技術となっている。より詳しくは、照明ランプは、光源が実装された発光面を有し、発光面の前記光源が実装されていない領域とこの領域の裏面領域との間を貫通する貫通孔が形成された基板と、発光面と所定の間隔を有して対
向するとともに光源および基板を覆うカバーと、発光面とカバーとの間に充填されるシリコーン樹脂と、貫通孔が塞がれるように発光面に配置される多孔
質部材とを備えるものである。
この技術によれば、ＬＥＤ基板に設けられた孔によって、ＬＥＤ素子の熱を発散させることが出来る。しかしながら、高温による部品劣化についての対応については記載されておらず、前記問題の解決には至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１７７９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、水銀灯型ＬＥＤ光源において、熱等による故障の発生という問題点に鑑み、ＬＥＤ基板形状、部品選定によって問題解決することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器は、ＬＥＤ光源部と、電源供給部と、冷却ファンと、から成り、ＬＥＤ光源部は、複数の短冊型ＬＥＤ基板と、１つの円板型ＬＥＤ基板と、から成り、該ＬＥＤ光源部全体として柱状の形状であり、該電力供給部のコンデンサは耐熱型コンデンサであり、該冷却ファンは、該柱状の両端部付近に配置され、耐熱型冷却ファンであることを手段とする。
【００１０】
また、本発明は、前記複数の短冊型ＬＥＤ基板の間には隙間があることを手段とする。
【００１１】
さらに、本発明は、前記耐熱型コンデンサの耐熱寿命が１０５℃１０００時間以上であることを手段とする。
【００１２】
またさらに、本発明は、前記耐熱型冷却ファンの耐熱寿命が１０５℃１０００時間以上であることを手段とする。
【００１３】
さらにまた、本発明は、前記コンデンサが高耐圧コンデンサであることを手段とする。
【００１４】
そしてまた、本発明は、前記コンデンサの耐圧が２８０Ｖ以上であることを手段とする。
【００１５】
そしてさらに、本発明は、Ｅ型口金を持つことを手段とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器によれば、ＬＥＤ投光器の寿命改善が可能であり、水銀灯の代替となるＬＥＤ投光器の性能品質の向上に奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器の実施形態を示す全体図である。
【図２】本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器の分解図である。
【図３】本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器のシステムに関する説明図である。
【図４】本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器の部品の寿命特性に関する特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器１は、熱等による故障の発生を軽減することができることを最大の特徴とする。
以下、本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器１の実施形態を、図面に基づいて説明する。
なお、本実施形態で示される水銀灯型ＬＥＤ投光器１の全体形状及び各部の形状は、下記に述べる実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を発揮できる形状や寸法等の範囲内で変更することができるものである。
【実施例１】
【００１９】
図１、図２に従って、本発明を説明する。図１（ａ）は、本発明の全体斜視図を示し、図１（ｂ）は同正面図を示し、図１（ｃ）は、同側面図を示す。図２は、本発明の分解図を示す。
水銀灯型ＬＥＤ投光器１は、水銀灯の電球部分の代わりとなるＬＥＤ投光器であり、水銀灯の電球と同様に、照明機器のソケット部分に取り付けるものである。
水銀灯型ＬＥＤ投光器１は、主に、ＬＥＤ光源部１００と冷却部３００と電源供給部４００と外観部５００とフレーム部２００とから構成されている。全体としては、水銀灯の電球を模した形状で、細長い柱状であって、従来の水銀灯に備わる傘体（シェード体）内部に収容可能な長さを有して形成される。
【００２０】
ＬＥＤ光源部１００は、照明としての光を照射する部分であり、円板型ＬＥＤ基板１２０と複数の短冊型ＬＥＤ基板１１０とからなる。短冊型ＬＥＤ基板１１０と円板型ＬＥＤ基板１２０の表面には、ＬＥＤ素子１３０が高密度で実装されている。短冊型ＬＥＤ基板１１０は、１０数枚あり、柱の側面を構成している。短冊型ＬＥＤ基板１１０の長手方向に、ＬＥＤ素子１３０が２列に高密度で配置されている。円板型ＬＥＤ基板１２０は、ＬＥＤ光源部１００の先端部分を構成し、円形又は多角形の基板である。ＬＥＤ素子１３０が同心円状に配置されている。
ＬＥＤ素子１３０は、白熱電球や蛍光灯よりも効率的な素子であるが、大電流を流すために、発熱量が大きい。ＬＥＤ素子１３０は比較的密に配置されていることから、ＬＥＤ素子１３０の熱により短冊型ＬＥＤ基板１１０、円板型ＬＥＤ基板１２０は高温となってしまう。そのため、放熱のための構造が必要である。
放熱のための構成の１つを説明する。短冊型ＬＥＤ基板１１０同士に間には隙間１５０があり、ＬＥＤ光源部１００の内部の熱が隙間１５０から排出される構造である。また、円板型ＬＥＤ基板１２０には、多数の孔１４０が開けられ、同様の熱が孔１４０から排出される構造である。
ＬＥＤ光源部１００全体としては、細長い柱状の形態で、ＬＥＤ素子１３０が柱の軸方向にＬＥＤ素子１３０が規則正しく並んでいることから、本発明のＬＥＤ光源部１００をコーン型と称する。
【００２１】
冷却部３００は、ＬＥＤ素子１３０の熱を外部に放出するためにＬＥＤ光源部１００に対して空気の流れを作る部分である。冷却ファン３１０と、冷却ファン３１０を固定する固定金具３２０から成る。冷却部３００は、ＬＥＤ光源部１００の両端部に１つづつ配置されている。空気の流れとしては、例えば、ＬＥＤ光源部１００の基端部の冷却部３００からＬＥＤ光源部１００に対して空気を送り。ＬＥＤ光源部１００の先端部の冷却部３００から円板型ＬＥＤ基板１２０の外に向かって空気を放出することが考えられる。こうすると、全体として、空気は、ＬＥＤ光源部１００の基端部から先端部に向けてスムーズに流れるからである。
また、ＬＥＤ光源部１００の基端部の冷却部３００は、電源供給部４００の熱を発散する機能も持つ。
【００２２】
電源供給部４００は、口金５２０から供給された交流電圧をＬＥＤ光源部１００に適した直流電圧に変換する。交流電圧は、安定器６１０の制御にもよるが１００Ｖから２７７Ｖ程度に達する。この交流電圧をコンデンサ４１０等によって平滑し、安定した直流電圧とする。
【００２３】
外観部５００は、水銀灯型ＬＥＤ投光器１の土台部分の構造であり、キャビネット５１０と口金５２０から構成され、中に、電源供給部４００が配置される。口金５２０は、照明機器のソケット８２０に取り付ける部分であり、水銀灯電球８００と共通の形状である。Ｅ型であり、Ｅ３９型が一般的である。キャビネット５１０は概ね、口金５２０とＬＥＤ光源部１００の間を覆う部分であり、耐久性があり絶縁性のある樹脂で構成されている。放熱のために空気を送り込むための孔が設けられている。
フレーム部２００は、ＬＥＤ光源部１００を取り付けるための骨組みである。短冊型ＬＥＤ基板１１０同士の隙間１５０に対応するために、空気が通りやすい網の目状になっている。冷却ファン３１０は、フレーム部２００の両端付近に取り付けられている。
【００２４】
次に、水銀灯のシステム構成を、図３に沿って、説明する。図３（ａ）は、水銀灯電球８００でのシステムである。図３（ｂ）は、一般電灯用ＬＥＤ電球８１０でのシステムである。図３（ｃ）は、水銀灯型ＬＥＤ投光器１でのシステムである。
まず、水銀灯電球８００の例について説明する（図３（ａ））。商用電源７００は、１００Ｖ又は２００Ｖで通常供給される電力である。電力は照明機器内の照明機器電源部６００で調整され、ソケット８２０を介して水銀灯電球８００に供給される。電源電圧は、照明機器電源部６００内の安定器６１０によって水銀灯電球８００に対応した電圧に変換される。安定器６１０は、電源投入時に、水銀灯電球８００への突入電流を制限し、水銀灯電球８００の破壊を防ぐものである。水銀灯電球８００への電流が安定した状態で、所定の交流電圧値となる。対応する水銀灯電球８００の種類によって、突入電流の大きさ、電流の安定までの時間が異なることから、それぞれの照明機器で、水銀灯電球８００に見合った安定器６１０が用意されている。
【００２５】
一般電灯用ＬＥＤ電球８１０を用いる場合について説明する（図３（ｂ））。一般電灯用ＬＥＤ電球８１０は、直流電流で動作する。また、使用する電圧値は水銀灯電球８００に比べて、低い値である。そのため、単純に水銀灯電球８００の代わりに使用する場合は、照明機器電源部６００の改修が必要となる。改修内容は、照明機器電源部６００内の安定器６１０を用いずに、交流を直流に変換するＡＣＤＣ変換器６２０に変更するものである。ＡＣＤＣ変換器６２０は、商用電源電圧である１００Ｖ又は２００Ｖを、直流の所定の電圧に変換するものである。ＡＣＤＣ変換器６２０で直流に変換された電源電圧によって、一般電灯用ＬＥＤ電球８１０は安定して点灯することが出来る。
当然ではあるが、照明機器電源部６００は、照明機器内に埋め込まれ、又は天井等に設置されている場合が多いため、照明機器電源部６００の改修には、多くの時間とコストがかかる場合が多い。
【００２６】
水銀灯型ＬＥＤ投光器１を用いる場合について説明する（図３（ｃ））。水銀灯型ＬＥＤ投光器１は、安定器６１０が生成する交流の高電圧を、ＬＥＤ光源に適切な直流電圧に変換する回路を備えている。そのため、照明機器電源部６００内の安定器６１０をそのまま用いて、水銀灯電球８００の代わりに水銀灯型ＬＥＤ投光器１を付け替えるのみで光源のＬＥＤ化が可能となる。このように、水銀灯型ＬＥＤ投光器１によれば、水銀灯電球８００のＬＥＤ化が低コスト且つ短時間で可能となる。
【００２７】
前述したように、ＬＥＤ素子１３０は、水銀灯、白熱電球、蛍光灯に比べて、低電力で高い輝度を照射できる特性を持つが、大電流を流すため、ＬＥＤ素子１３０が発熱する。ＬＥＤ素子１３０は比較的密に配置されていることから、ＬＥＤ素子１３０の熱により短冊型ＬＥＤ基板１１０、円板型ＬＥＤ基板１２０は高温となってしまう。そのため、放熱のための構造が必要である。
そこで、水銀灯型ＬＥＤ投光器１の周囲の空気を効率よく取り込み、ＬＥＤ素子１３０の熱を空冷によって水銀灯型ＬＥＤ投光器１の外へ放出する構造とした。空気はキャビネット５１０の孔から水銀灯型ＬＥＤ投光器１の内部に入り、電源供給部４００の熱を吸収し、冷却部３００でＬＥＤ光源部１００の内側に強制的に送り込まれる。空気の一部は、短冊型ＬＥＤ基板１１０同士の隙間１５０から放出され、他の一部は、ＬＥＤ光源部１００の先端部の冷却部３００により強制的に円板型ＬＥＤ基板１２０の孔１４０から外部に放出される。
この構造によって、常に、ＬＥＤ光源部１００には内側から常温の空気が供給されるので、効率的な空冷を行うことが出来る。
【００２８】
次に、水銀灯型ＬＥＤ投光器１の製品としての寿命について、図４に沿って説明する。効率的な空冷を行うことで、水銀灯型ＬＥＤ投光器１全体の温度を下げることが出来るが、周囲の温度と全く同じにすることは出来ない。そのため、高温時の各部品の寿命が問題となる。
例えば、水銀灯型ＬＥＤ投光器１の製品スペックとしての動作温度範囲を−２０℃から４５℃とする。仮に、冷却ファン３１０等による冷却によって、水銀灯型ＬＥＤ投光器１の温度が周囲の温度に比べて５℃程度の上昇に抑えられたとする。すると、部品の温度は５０℃の状態を維持する可能性がある。
【００２９】
図４（ｂ）は、電源供給部４００で用いられるコンデンサ４１０についての耐熱寿命のグラフである。縦軸は、コンデンサの周囲温度を表し、横軸は、コンデンサが故障するまでの時間を表している。グラフのＣは、通常の耐熱のコンデンサを表し、Ｄは耐熱性の高いコンデンサを表している。コンデンサの周囲の温度とコンデンサの温度はほぼ同等であるから、周囲温度５０℃の寿命を見ると、通常のコンデンサの寿命は、約１０，０００時間である。それに対して、耐熱型のコンデンサの寿命は約５０，０００時間である。５０，０００時間は、連続使用で約５．７年であり、一般的な水銀灯電球８００に比べて十分長寿命ということが出来る。Ｃのコンデンサの耐熱特性は８５℃１０００時間であり、Ｄのコンデンサの耐熱特性は、１０５℃１０００時間である。
【００３０】
同様に、冷却ファンについて、図４（ａ）に沿って考える。グラフの縦軸は、冷却ファン周囲の温度であり、横軸は、冷却ファンが故障するまでの時間を表している。グラフのＡは、通常の冷却ファンを表し、Ｂは耐熱性の高い冷却ファンを表している。耐熱性の高い冷却ファンとは、例えば、軸受部分の劣化の少ないファンである。冷却ファンの周囲の温度と冷却ファンの温度はほぼ同等であるから、周囲温度５０℃の寿命を見ると、通常の冷却ファンの寿命は、約３０，０００時間である。それに対して、耐熱性の高い冷却ファンの寿命は約５０，０００をはるかに超えている。従って、耐熱性の高い冷却ファンを用いることで、一般的な水銀灯電球８００に比べて十分長寿命ということが出来る。また、グラフの傾きから、寿命が約５０，０００となるためには、Ｂ’（点線）以上の特性であれば良い。つまり、耐熱特性として、概ね、１０５℃１０００時間以上あればいいと考えられる。
【００３１】
このように、効率的な熱排出構造と適切な部品選定を行うことによって、水銀灯型ＬＥＤ投光器であっても、熱等による故障の発生を軽減することが出来る。
本実施例では、水銀灯型ＬＥＤ投光器について説明したが、メタルハライドランプでも同様の効果を発揮することは言うまでもない。
【００３２】
また、様々な水銀灯電球８００に対応するために、様々な水銀灯の照明機器について調査した結果、ほとんどの機器で、安定器６１０の出力は１００Ｖから２７７Ｖの範囲であるとの知見を得た。そこで、コンデンサ４１０の耐圧を２８０Ｖ以上とすることで、ほとんどの水銀灯の照明機器に対して水銀灯型ＬＥＤ投光器１を使用することが出来る。
【００３３】
このように、水銀灯型ＬＥＤ投光器に使用する部品を適切に選定することによって、多くの水銀灯機器に対して、漏れなく適応できるＬＥＤ投光器とすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る水銀灯型ＬＥＤ投光器は、ＬＥＤの発熱による性能劣化を改善する技術として産業上の利用可能性は大きいと解する。
【符号の説明】
【００３５】
１    水銀灯型ＬＥＤ投光器
１００    ＬＥＤ光源部
１１０    短冊型ＬＥＤ基板
１２０    円板型ＬＥＤ基板
１３０    ＬＥＤ素子
１４０    孔
１５０    隙間
２００    フレーム部
３００    冷却部
３１０    冷却ファン
３２０    固定金具
４００    電源供給部
４１０    コンデンサ
５００    外観部
５１０    キャビ
５２０    口金
６００    照明機器電源部
６１０    安定器
６２０    ＡＣＤＣ変換器
７００    商用電源
８００    水銀灯電球
８１０    一般電灯用ＬＥＤ電球
８２０    ソケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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