(57)【要約】【課題】コンパクトな構成にて所定の照度が得られかつＬＥＤ素子の過熱を防止するのに必要な放熱性能を確保できるＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】単一の高輝度白色ＬＥＤ２から成るＬＥＤ発光部３と、ＬＥＤ発光部３が中央部に熱的に結合されて配置されかつＬＥＤ発光部３からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口１１ａに向けて湾曲した放熱手段兼用の反射部材１１と、反射部材１１の前面開口１１ａに配設した集光用のレンズ１２と、レンズ１２と反射部材１１との間に介装した断熱部材１７とを備えた構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部が中央部に熱的に結合されて配置されかつＬＥＤ発光部からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口に向けて湾曲した反射部材とを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
反射部材の前面開口に集光用のレンズを配設しかつレンズと反射部材との間に断熱部材を介装したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
ＬＥＤ発光部は、定格電流値が１００ｍＡ〜１０００ｍＡ、好適には３５０ｍＡ〜５００ｍＡの単一の高輝度白色ＬＥＤから成ることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
レンズに光を拡散する拡散材料を含有させたことを特徴とする請求項２又は３記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
レンズは、その集光パターンを楕円形にしたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
ＬＥＤ発光部とレンズの間の空間と外部空間を連通する放熱口を設けたことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
ＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部が一側に熱的に結合されて配置されかつＬＥＤ発光部からの光を略平行光にして前面開口から放射させる反射部材とを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
ＬＥＤ発光部または反射部材に放熱手段を熱的に結合させて配置したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
放熱手段が、ＬＥＤ発光部または反射部材と電池収容部を熱的に結合する熱伝達部材を有することを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項１０】
放熱手段が、ＬＥＤ発光部の発熱に伴って熱電変換素子で発生した電力をＬＥＤ発光部の駆動電力として利用可能とする熱電変換素子を有することを特徴とする請求項８記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ照明装置に関し、特に単一若しくは極少数の高輝度白色ＬＥＤを用いた携帯型照明装置や自転車の前照灯などに好適に適用できるＬＥＤ照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯型照明装置や自転車の前照灯における光源には、所定の輝度を確保するために、３００ｍＡ〜１０００ｍＡの電流を流すことができる豆電球が用いられていたが、フィラメントを用いているため寿命が短く、また光変換効率も低いために電池寿命も短いという問題があった。
【０００３】
一方、ＬＥＤは寿命が長くかつ光変換効率も高いという利点があるが、最大でも３０ｍＡ程度の電流しか流すことができないため、所望の輝度を得難く、そのため、照明装置としてではなく単体若しくは複数のＬＥＤ素子を配設した信号灯などに主に適用されていた。
【０００４】
また、ＬＥＤ素子を用いた照明用の光源としては、一端に口金が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状金属放熱部と、ラッパ状金属放熱部の開口部に取付けられた透光性カバーと、これらラッパ状金属放熱部と透光性カバーにより形成された略球体の内部に配設された金属基板と、金属基板の透光性カバーに対向する面に実装された複数のＬＥＤ素子とを備えた構成により、ＬＥＤ素子の発熱を金属基板からラッパ状金属放熱部に伝熱して大きな放熱面から放熱し、発熱を抑制して高い発光効率を確保するとともに寿命を向上するようにしたＬＥＤ電球が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、照明用や表示用の光源として、多数のＬＥＤ素子を用いた大掛かりな構成のＬＥＤ光源も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４３８０９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−１６２６６０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＥＤ素子を用いた携帯型照明装置を実現するためには、コンパクトな構成とするために単体若しくは極少数のＬＥＤ素子を用いる必要があり、そのためには豆電球並みの大電流を流すことができて、単体で輝度の高いＬＥＤ素子を用いる必要があるが、そのようなＬＥＤ素子は発熱量が大きいために、コンパクトな構成でありながら放熱性能の高い構成にする必要がある。また、ＬＥＤ素子からの発光はその放射角が広いために、携帯型照明装置に必要な照明領域において所定の照度を確保する工夫が必要であり、これらの必要要件を矛盾を生じることなく満たすことが求められる。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載のＬＥＤ電球や特許文献２に記載のＬＥＤ光源では、当然そのままでコンパクトな携帯型照明装置に適用することはできない。また、特許文献１の電球形状の一部を構成するラッパ状金属放熱部と金属基板を放熱手段とすることで発熱を抑制することが開示されているが、その放熱手段をそのまま携帯型照明装置に適用することもできず、また所望の照明領域の照度を確保する手段も開示されていない。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、コンパクトな構成にてＬＥＤ素子の過熱を防止するのに必要な放熱性能を確保できるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部が中央部に熱的に結合されて配置されかつＬＥＤ発光部からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口に向けて湾曲した反射部材とを備えたものである。
【００１２】
このような構成によれば、ＬＥＤ発光部からの光が反射部材にてその前面開口からほぼ一方向に向けて出射されて所望領域を効果的に照明することができ、かつその照明領域で所要の照度が得られるようにＬＥＤ素子に大電流を流すことによってＬＥＤ素子の発熱量が大きくなっても、ＬＥＤ発光部で発生した熱は反射部材にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱されることで、大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてＬＥＤ素子の過熱を確実に防止でき、ＬＥＤ素子を用いた長寿命の携帯型照明装置を得ることができる。
【００１３】
また、反射部材の前面開口に集光用のレンズを配設しかつレンズと反射部材との間に断熱部材を介装すると、ＬＥＤ素子の発光部が点光源でなくかつ光の放射角度が大きいために反射部材だけでは照明範囲が拡がってしまって所望領域において所定の照度が得られないという問題を、レンズによって集光することで解消して所要の照明領域の照度を確保することができ、かつ反射部材とレンズの間に断熱部材を介装していることで、放熱部材としての反射部材が高温になってもレンズが熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを防止することができる。
【００１４】
また、ＬＥＤ発光部が、定格電流値が１００ｍＡ〜１０００ｍＡ、好適には３５０ｍＡ〜５００ｍＡの単一の高輝度白色ＬＥＤから成ると、ＬＥＤ発光部が単一のＬＥＤ素子からなるコンパクトな構成にて携帯型照明装置等として必要な所望の輝度を確保することができる。
【００１５】
また、レンズに光を拡散する拡散材料を含有させると、ＬＥＤ素子からの光をレンズ内で乱反射させることで、ＬＥＤ素子の発光部が点光源でないために輝度むらや色むらが発生し、そのまま照明すると照明光にむらを生じてしまうという問題を解消でき、均一な照明を得ることができる。
【００１６】
また、レンズの集光パターンを楕円形にすると、その楕円形の長軸方向を水平方向にすることで、斜め前方下方に向けて照明する場合に略水平な照明対象面上での照明領域を略円形にしてその照明領域内の照度を確保することができ、自転車の前照灯などとして大きな効果を発揮する。
【００１７】
また、ＬＥＤ発光部とレンズの間の空間と外部空間を連通する放熱口を設けると、ＬＥＤ発光部とレンズの間の空間の加熱雰囲気が放熱口を通して外部に放出されることで、レンズが熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを一層確実に防止することができる。
【００１８】
また、本発明の他のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ発光部と、ＬＥＤ発光部が一側に熱的に結合されて配置されかつＬＥＤ発光部からの光を略平行光にして前面開口から放射させる反射部材とを備えたものであり、反射部材によってＬＥＤ発光部からの光が略平行光とされることで、集光用のレンズを設けることなく、所要の照明領域の照度を確保することができる。
【００１９】
また、以上のＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤ発光部または反射部材に放熱手段を熱的に結合させて配置すると、反射部材だけでなく放熱フィンやその他の適宜放熱手段にて放熱することで、ＬＥＤ発光部の過熱をより確実に防止することができる。
【００２０】
また、放熱手段が、ＬＥＤ発光部または反射部材と電池収容部を熱的に結合する熱伝達部材を有すると、ＬＥＤ発光部の熱を放熱できるだけでなく、ＬＥＤ発光部で発生した熱によって電池収容部を加熱して電池温度を高くすることができ、特に低温下での使用時に、電池の起電力を高くでき、電池の使用効率を向上することができる。
【００２１】
また、放熱手段が、ＬＥＤ発光部の発熱に伴って熱電変換素子で発生した電力をＬＥＤ発光部の駆動電力として利用可能とする熱電変換素子を有すると、ＬＥＤ発光部で発生した熱を熱電変換素子で電力に変換して電源として利用することで、電池の利用効率を向上することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＬＥＤ照明装置を適用した携帯型照明装置の第１の実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００２３】
図１において、１は小型電池を電源とする懐中電灯などの携帯型照明装置であって、光源として単一の高輝度白色ＬＥＤ２から成るＬＥＤ発光部３を有し、電源用の電池４がケース５内に配設されている。
【００２４】
ケース５は、電池４を収容する電池収容部６と、ＬＥＤ発光部３とその基板７とＬＥＤ発光部３に対する通電制御を行う制御部８とを収容する光源収容部９とを有する本体ケース１０を備えており、その光源収容部９の前部に、反射部材１１と集光用のレンズ１２を収容保持する前ケース１３が螺合して装着され、また電池収容部６の後端面に開口された電池挿入口を電池蓋１４にて開閉するように構成されている。
【００２５】
ＬＥＤ発光部３を構成する高輝度白色ＬＥＤ２は、定格電流値が３５０ｍＡ程度で、最大５００ｍＡの電流が流すことができる性能を有しているもので、これによって懐中電灯や自転車の前照灯などに使用できる輝度の光を放射することができる。なお、高輝度白色ＬＥＤ２の定格電流値としては、１００ｍＡ〜１０００ｍＡのものを適用することができ、３５０ｍＡ〜５００ｍＡのものが必要な輝度が得られるとともに消費電力が過大とならず好適である。
【００２６】
反射部材１１は、ＬＥＤ発光部３からの光をほぼ一方向に向けて反射するように前面開口１１ａに向けて湾曲した椀形状に形成されるとともに、熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、その中央部にＬＥＤ発光部３が熱的に結合されて配置されている。また、ＬＥＤ発光部３の基板７も熱伝達係数の高い金属材料にて構成されており、反射部材１１の中央部はこの基板７にも熱的に結合されている。また、反射部材１１の外面には、放熱手段として放熱フィン１５が熱的に結合して設けられ、また反射部材１１の適所に、ＬＥＤ発光部３とレンズ１２の間の空間と外部空間を連通する放熱口１６が開口されている。
【００２７】
集光用のレンズ１２は、反射部材１１の前面開口１１ａに配設され、透明樹脂にて構成されるとともに反射部材１１とこのレンズ１２との間に断熱部材１７が介装されている。また、レンズ１２には、図２に詳細に示すように、光を乱反射して拡散する拡散材料１８が含有されている。この拡散材料１８としては、光だけでなく、熱も放射させる窒化ホウ素などが好適に用いられる。
【００２８】
以上の構成の携帯型照明装置１によれば、ＬＥＤ発光部３からの光が反射部材１１にてその前面開口１１ａからほぼ一方向に向けて出射され、所望領域を効果的に照明することができる。また、その照明領域で所要の照度が得られるようにＬＥＤ発光部３として高輝度白色ＬＥＤ２を用いて大電流を流すことによって、発熱量が大きくなっても、ＬＥＤ発光部３で発生した熱は反射部材１１にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱することができ、したがって大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてＬＥＤ発光部３の過熱を確実に防止し、ＬＥＤ発光部３を用いた長寿命の携帯型照明装置１を得ることができる。
【００２９】
また、ＬＥＤ発光部３として、定格電流値が３５０ｍＡ、最大電流値が５００ｍＡの単一の高輝度白色ＬＥＤ２を用いているので、単一のＬＥＤ素子からなるコンパクトな構成にて携帯型照明装置１として必要な所望の輝度を確保することができる。
【００３０】
また、反射部材１１の前面開口１１ａに集光用のレンズ１２を配設しているので、高輝度白色ＬＥＤ２の発光部が点光源でなくかつ光の放射角度が大きいために反射部材１１だけでは照明範囲が拡がって所定の照度が得られなくなるのに対して、レンズ１２で集光することで所要の照明領域において所定の照度を確保することができ、かつレンズ１２と反射部材１１との間に介装された断熱部材１７にて放熱部材としての反射部材１１が高温になってもレンズ１２が熱で悪影響を受けたり、損傷したりするのを防止することができる。
【００３１】
さらに、ＬＥＤ発光部３または反射部材１１に放熱フィン１５などの放熱手段を熱的に結合させて配設し、また反射部材１１に放熱口１６を設けているので、さらに効果的に放熱でき、ＬＥＤ発光部３の過熱をより確実に防止することができる。
【００３２】
また、レンズ１２に光を拡散する拡散材料１８を含有させているので、ＬＥＤ発光部３からの光をレンズ１２内で乱反射し、ＬＥＤ発光部３からの光では避けられない輝度むらや色むらを無くして均一な照明光を得ることができる。
【００３３】
次に、本発明のＬＥＤ照明装置を携帯型照明装置に適用した第２の実施形態について、図３を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と実質的に同一の構成要素については、同じ参照符号を付して説明を省略し、主として相違点について説明する。
【００３４】
本実施形態では、図３に示すように、反射部材１１が前ケース１３を兼用しており、レンズ１２が反射部材１１の前面開口部外周に螺合して装着した断熱材料から成るキャップ１９にて保持されている。また、電池収容部６を有する本体ケース１０が金属材料などの熱伝達係数の大きい材料にて構成されており、かつこの本体ケース１０の開口部に熱的に結合されて円筒状の熱伝達部材２０が固定されている。そして、この熱伝達部材２０にＬＥＤ発光部３の基板７が接触配置されるとともに制御部８を内蔵するとともにＬＥＤ発光部３の基板７に一体的に固定された制御ケース２１が螺合されて熱的に結合されている。かくして、ＬＥＤ発光部３及び反射部材１１と本体ケース１０の電池収容部６とが熱的に結合されている。
【００３５】
このような構成により、ＬＥＤ発光部３や反射部材１１と本体ケース１０の電池収容部６が熱伝達部材２０を介して熱的に結合されているので、ＬＥＤ発光部３の熱を本体ケース１０にて放熱できるだけでなく、ＬＥＤ発光部３で発生した熱によって電池収容部６を加熱して電池４の温度を高くすることができ、特に低温下での使用時に、電池４の起電力を高くでき、電池４の使用効率を向上することができる。
【００３６】
次に、本発明のＬＥＤ照明装置の第３の実施形態について、図４を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態におけるＬＥＤ照明装置は、自転車の前照灯２２であり、そのレンズ１２は、図４に示すように、長軸方向を水平方向に向けた楕円形の集光パターン２３となるように構成されている。
【００３８】
このような構成によれば、自転車の前照灯２２において、斜め前方下方に向けて照明したときに、照明対象面である略水平な地面２４上での略円形の照明領域２５が形成され、その照明領域内の照度を確保することができ、ＬＥＤ発光部３の輝度が比較的小さくても、自転車の前照灯２２の規格として設定されている自転車の夜間走行に必要な照度とその分布、即ち円形照明領域の中央部で４００カンデラ、周縁部で１００カンデラ以上という照度が確保され、自転車の前照灯２２として大きな効果を発揮する。
【００３９】
次に、本発明のＬＥＤ照明装置の第４の実施形態について、図５を参照して説明する。
【００４０】
本実施形態のＬＥＤ照明装置においては、図５に示すように、ＬＥＤ発光部３で発生した熱が伝熱される部位、例えば基板７や反射部材１１や熱伝達部材２０に熱的に結合させて熱電変換素子２６を配設し、ＬＥＤ発光部３の発熱に伴って熱電変換素子２６で発生した電力をＬＥＤ発光部３の制御部８に入力させることでＬＥＤ発光部３の駆動電力として利用するようにしている。
【００４１】
このような構成により、ＬＥＤ発光部３で発生した熱を熱電変換素子２６で電力に変換して電源として利用することができるので、電池４の利用効率を向上することができる。
【００４２】
次に、本発明のＬＥＤ照明装置を携帯型照明装置に適用した第５の実施形態について、図６を参照して説明する。
【００４３】
本実施形態の携帯型照明装置１においては、図６に示すように、本体ケース３０の前部に、一側に配設された光源からの光を略平行光にして前面開口２７ａから放射させる放物面鏡から成る反射部材２７が配設され、この反射部材２７の一側にＬＥＤ発光部３が熱的に結合されて配置されている。反射部材２７の前面開口２７ａには透明板２８が配置されてキャップ２９にて本体ケース３０に装着されている。
【００４４】
このような構成によれば、略平行光とするための放物面鏡から成る反射部材２７を用いているために、反射部材２７が比較的大きくなるが、ＬＥＤ発光部３からの光を集光するためのレンズ１２を設ける必要がなくなるため、安価に構成することができるという利点がある。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤ発光部からの光が反射部材にてその前面開口からほぼ一方向に向けて出射されて所望領域を効果的に照明することができ、かつその照明領域で所要の照度が得られるようにＬＥＤ素子に大電流を流すことによってＬＥＤ素子の発熱量が大きくなっても、ＬＥＤ発光部で発生した熱は反射部材にてその周囲に伝熱されて効果的に放熱されることで、大きな放熱手段を別途に設けることなく、コンパクトな構成にてＬＥＤ素子の過熱を確実に防止でき、ＬＥＤ素子を用いた長寿命の携帯型照明装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤ照明装置の第１の実施形態の携帯型照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態の携帯型照明装置のレンズの詳細断面図である。
【図３】本発明のＬＥＤ照明装置の第２の実施形態の携帯型照明装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】本発明のＬＥＤ照明装置の第３の実施形態の前照灯における照明領域の説明図である。
【図５】本発明のＬＥＤ照明装置の第４の実施形態の要部の構成図である。
【図６】本発明のＬＥＤ照明装置の第５の実施形態の携帯型照明装置の要部の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  携帯型照明装置（ＬＥＤ照明装置）
２  高輝度白色ＬＥＤ
３  ＬＥＤ発光部
４  電池
６  電池収容部
１１  反射部材
１１ａ  前面開口
１２  レンズ
１５  放熱フィン（放熱手段）
１６  放熱口
１７  断熱部材
１８  拡散材料
２０  熱伝達部材
２３  楕円形の集光パターン
２６  熱電変換素子
２７  反射部材
【図１】
2004193031.tif 000003
【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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