(57)【要約】【課題】発光源となる複数のＬＥＤの放熱効率を格段に向上させて各ＬＥＤの高寿命化を達成することができるＬＥＤ照明灯を提供する。【解決手段】ＬＥＤモジュール２を構成する複数のＬＥＤパッケージの各ＬＥＤチップが点灯して発熱すると、その発熱は、各ＬＥＤパッケージの電極層に面接触するヒートパイプユニット５の受熱板部から複数本のヒートパイプの放熱端部に瞬時に移動し、その放熱端部から効率よく放熱される。このため、各ＬＥＤチップの高温化抑制されて各ＬＥＤパッケージの寿命が高寿命化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光源となる複数のＬＥＤおよびその給電回路を有するＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールの給電回路が接続される電源ユニットと、ＬＥＤモジュールおよび電源ユニットが固定される支持部材と、ＬＥＤの点灯光が透過するように支持部材に装着される透光カバーとを備えたＬＥＤ照明灯であって、
前記ＬＥＤの点灯による発熱を放熱させるためのヒートパイプユニットが前記ＬＥＤモジュールに接合して設けられていることを特徴とするＬＥＤ照明灯。
【請求項２】
前記ＬＥＤモジュールは、前記各ＬＥＤを嵌め込んで装着する複数の装着孔が形成されたモジュール基板を有し、前記ヒートパイプユニットは、モジュール基板の各装着孔に嵌め込まれた各ＬＥＤに面接触してモジュール基板に接合される受熱板部を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明灯。
【請求項３】
前記ヒートパイプユニットは、前記受熱板部に連続して突出する複数本のヒートパイプを有することを特徴とする請求項２または３に記載のＬＥＤ照明灯。
【請求項４】
前記複数本のヒートパイプは、放熱端部の間で熱対流が発生するようにその放熱端部の位置が異なる高さ位置に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を発光源とするＬＥＤ照明灯に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策の一環として省エネルギー化が進められており、照明機器の分野では、白熱灯や蛍光灯に較べて消費電力が大幅に小さく、しかも寿命が圧倒的に長いＬＥＤを発光源とする各種のＬＥＤ照明灯が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載のＬＥＤ照明灯は、発光源となるＬＥＤ（９）が搭載された基板（１０）と、ＬＥＤ（９）のドライバ（４）が収容された合成樹脂製の筺体（３）と、筺体（３）の開口部に取付けられた合成樹脂製のレンズ枠（６）と、ＬＥＤ（９）の前方に配置されるレンズ（７）とを備えており、基板（１０）およびレンズ（７）は、金属製リング状の放熱部材（８）を介してレンズ枠（６）に取り付けられている。
【０００４】
一方、特許文献２に記載のＬＥＤ照明灯は、ＬＥＤ素子（１１）を実装した複数の配線基板（１２）と、相互に並列状に配置されて屈折可能に連結される長板状の複数枚の取付板（１０）と、これらの取付板（１０）を収容するハウジング（６）とを備えており、配線基板（１２）は、各取付板（１０）に対し、その長手方向にそれぞれスライド自在に装着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３２０２２号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＬＥＤ照明灯は、その点灯時に各ＬＥＤが発熱するため、その放熱対策が不十分であると、各ＬＥＤが高温となってその寿命が大幅に低下する。この点、特許文献１に記載のＬＥＤ照明灯では、基板（１０）に搭載された各ＬＥＤ（９）の発熱を基板（１０）が取り付けられた金属製リング状の放熱部材（８）を介して合成樹脂製のレンズ枠（６）へと自然放熱させているだけなので、各ＬＥＤ（９）の放熱効率が十分であるとは言い難い。
【０００７】
また、特許文献２に記載のＬＥＤ照明灯では、各配線基板（１２）に実装されたＬＥＤ素子（１１）の発熱を各配線基板（１２）がスライド自在に装着された取付板（１０）へと自然放熱させているだけなので、各ＬＥＤ素子（１１）の放熱効率が十分であるとは言い難い。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に対応してなされたものであり、発光源となる複数のＬＥＤの放熱効率を格段に向上させて各ＬＥＤの高寿命化を達成することができるＬＥＤ照明灯を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するため、本発明に係るＬＥＤ照明灯は、発光源となる複数のＬＥＤおよびその給電回路を有するＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールの給電回路が接続される電源ユニットと、ＬＥＤモジュールおよび電源ユニットが固定されるホルダーと、ＬＥＤの点灯光が透過するようにホルダーに装着される透光カバーとを備えたＬＥＤ照明灯であって、ＬＥＤの点灯による発熱を放熱させるためのヒートパイプユニットがＬＥＤモジュールに接合して設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るＬＥＤ照明灯では、電源ユニットからの給電によりＬＥＤモジュールの各ＬＥＤが点灯すると、その点灯光が透光カバーを通して照射される。その際、各ＬＥＤの点灯に伴う発熱は、ＬＥＤモジュールに接合するヒートパイプユニットの放熱端部に瞬時に移動して効率よく放熱される。その結果、各ＬＥＤの高温化が抑制されて各ＬＥＤの寿命が延びる。
【００１１】
本発明に係るＬＥＤ照明灯において、ＬＥＤモジュールは、各ＬＥＤを嵌め込んで装着する複数の装着孔が形成されたモジュール基板を有する構成とし、ヒートパイプユニットは、モジュール基板の各装着孔に嵌め込まれた各ＬＥＤに面接触してモジュール基板に接合される受熱板部を有する構成とすることができる。この場合、各ＬＥＤの点灯による発熱は、各ＬＥＤに面接触するヒートパイプユニットの受熱板部に効率よく確実に伝熱されるため、各ＬＥＤの放熱効率が確実に向上する。
【００１２】
また、本発明のＬＥＤ照明灯において、ヒートパイプユニットは、受熱板部に連続して突出する複数本のヒートパイプを有する構成とすることができる。この場合、各ＬＥＤの発熱は、各ヒートパイプの放熱端部から均一に効率的に放熱される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るＬＥＤ照明灯では、ＬＥＤモジュールの各ＬＥＤが点灯して発熱すると、その発熱は、ＬＥＤモジュールに接合するヒートパイプユニットの放熱端部に瞬時に移動して効率よく放熱される。その結果、各ＬＥＤの高温化が抑制されて各ＬＥＤの寿命が延びる。すなわち、本発明によれば、各ＬＥＤの放熱効率を格段に向上させることができ、その高寿命化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明灯の構造を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ矢視図である。
【図３】図１に示したＬＥＤモジュールおよびヒートパイプユニットを分離して示す拡大側面図である。
【図４】図３のＩＶ矢視図である。
【図５】図４に示したＬＥＤパッケージの構造を示す縦断面図である。
【図６】図３のＶＩ矢視図である。
【図７】一実施形態におけるヒートパイプユニットの変形例を示す図６に対応した図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す図２に対応した底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照して本発明に係るＬＥＤ照明灯の実施の形態を説明する。図１に示すように、一実施形態のＬＥＤ照明灯は、例えば室内の天井面Ｃ（または壁面）に固定される支持部材１と、この支持部材１に固定されるＬＥＤモジュール２および電源ユニット３と、ＬＥＤモジュール２の点灯光が透過するように支持部材１に装着される透光カバー４とを備えている。
【００１６】
支持部材１は、板金あるいはＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂により、例えば円板状に一体成形されている。この支持部材１の中央部には、天井面Ｃにねじ止め固定されるハット型断面の筒状突部１Ａが形成され、その周囲には、ＬＥＤモジュール２に接合されたヒートパイプユニット５を収容する収容穴１Ｂが複数形成されている。
【００１７】
図２に示すように、一実施形態のＬＥＤ照明灯においては、４個のＬＥＤモジュール２が同心状に配置されている。各ＬＥＤモジュール２は、図３および図４に拡大して示すように、発光源となる複数のＬＥＤを実装するためのモジュール基板２Ａを有する。
【００１８】
モジュール基板２Ａは、耐熱性があって熱伝導性の高いポリカーボネート（ＰＣ）などの合成樹脂により、外面の一部が球面をなして膨出する形状に一体成型されている。すなわち、モジュール基板２Ａは、断面が円弧状の球面をなすＬＥＤ実装部２Ｂの外周に断面が平板状のリング状支持部２Ｃが連続した形状、たとえて言うならば、いわゆる麦わら帽子状の形状に形成されている。
【００１９】
モジュール基板２ＡのＬＥＤ実装部２Ｂには、ＬＥＤを実装するための複数の装着孔２Ｄが例えば同心円状に配列して形成されている。そして、各装着孔２Ｄには、ＬＥＤパッケージ６がそれぞれ半突出状態で嵌め込まれている。
【００２０】
ここで、図１に示すように、モジュール基板２Ａのリング状支持部２Ｃは、支持部材１の収容穴１Ｂの周縁部にねじ止め固定されており、この状態で各ＬＥＤパッケージ６（図４参照）がその投光方向を透光カバー４側に向けている。
【００２１】
図４に示すように、ＬＥＤモジュール２には、各ＬＥＤパッケージ６に給電するための給電回路の回路パターン２Ｅがリング状支持部２ＣとＬＥＤ実装部２Ｂとに跨って形成されている。この回路パターン２Ｅは、例えば、銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），銀（Ａｇ）のメッキ層を順次積層した３層構造の導電メッキ層で構成されている。
【００２２】
図１に示した電源ユニット３は、支持部材１の筒状突部１Ａ内に配置されており、その筒状突部１Ａの天井部にねじ止め固定されている。この電源ユニット３は、例えば１００Ｖの交流を１２Ｖの直流に変換するものであり、屋内配線ＨＷに圧着端子ＣＴを介して接続される交流入力側の２本のリード線３Ａ，３Ａと、各ＬＥＤモジュール２の回路パターン２Ｅに図示しない接続コネクタを介して着脱自在に接続される直流出力側の２本のリード線（図示省略）とを有する。
【００２３】
この電源ユニット３には、交流入力側の２本のリード線３Ａ，３Ｂを介して供給される例えば１００Ｖの交流を直流に変換するダイオードブリッジ回路などの整流回路、整流された直流の電圧を例えば１２Ｖの所定電圧に制御する電圧制御回路、過電流を遮断するヒューズやサージ電流を遮断するサーミスタなどを有する保護回路などが組み込まれている。
【００２４】
透光カバー４は、各ＬＥＤモジュール２の各ＬＥＤパッケージ６の点灯光を透過させるカバー部材であり、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やアクリル樹脂などの透明樹脂に適宜の光拡散剤を混入して成形されており、いわゆるすりガラス状の外観を呈する。
【００２５】
この透光カバー４は、図１および図２に示すように、円板状の支持部材１の外周に嵌合する円形のトレイ状に形成されている。そして、この透光カバー４は、その周壁部４Ａの内周に突設された少なくとも３つの係止爪４Ｂにより、支持部材１の外周縁部に着脱自在に係止されている。
【００２６】
ＬＥＤパッケージ６は、図５に示すように、ポリカーボネート（ＰＣ）やセラミックスからなる薄型ボックス状のキャビティ基体６Ａに形成されたリフレクタ凹部６Ｂの底部にＬＥＤチップ６Ｃが配置され、このＬＥＤチップ６Ｃがリフレクタ凹部６Ｂに充填された封入樹脂６Ｄにより封入された構造を有する。
【００２７】
ＬＥＤパッケージ６のリフレクタ凹部６Ｂの底部には、モジュール基板２ＡのＬＥＤ実装部２Ｂに形成された回路パターン２ＥにＬＥＤチップ６Ｃを接続するための電極層６Ｅが露出状態で形成されている。なお、図示省略したが、リフレクタ凹部６Ｂの周壁面には、ＬＥＤチップ６Ｃの点灯光を反射するリフレクタ用のメッキ層が形成されている。
【００２８】
ここで、ＬＥＤモジュール４には、モジュール基板２Ａに実装された各ＬＥＤパッケージ６の点灯による発熱を放熱させるためのヒートパイプユニット５が接合して設けられている。
【００２９】
このヒートパイプユニット５は、図３および図６に示すように、モジュール基板２ＡのＬＥＤ実装部２Ｂの内面の凹球面に接合する曲面板状に形成された受熱板部５Ａと、この受熱板部５Ａの内面にそれぞれ基端部が連続して同心円状に植設された複数本のヒートパイプ５Ｂとを有する。各ヒートパイプ５Ｂは、相互に平行に受熱板部５Ａの内面から突出し、その先端部が平面状に揃えられている。
【００３０】
ヒートパイプユニット５の受熱板部５Ａおよび複数本のヒートパイプ５Ｂは、後処理で溶解可能な合成樹脂材料で成型された中子材の表面に銅やニッケルなどの導電性金属のメッキ層を無電解メッキ処理により形成し、その後、中子材を溶解させることで形成される。
【００３１】
すなわち、受熱板部５Ａは、中子材の曲面板状部分の内面に形成された導電性金属のメッキ層自体で構成され、複数本のヒートパイプ５Ｂは、中子材の複数本の棒状部分の外周面に形成された導電性金属のメッキ層からなる複数本のパイプ内に、それぞれウィックおよび作動液（冷媒液）を充填し、内部を真空化して基端部の開口を封止することで形成される。
【００３２】
なお、前述した中子材を成型する合成樹脂材料としては、例えば２５〜９５℃に保たれた水中に２〜３５時間ほど浸漬されることで溶解するポリビニールアルコール（ＰＶＡ）や、２５〜７０℃に保たれたアルカリ溶液（水酸化ナトリウム溶液や水酸化カリウム溶液）または酸性溶液中に１〜１２０分ほど浸漬されることで溶解するポリ乳酸樹脂が使用可能であり、さらに、Nメチル２ピロリドンの溶液で溶解するＡＢＳ樹脂も使用可能である。
【００３３】
ここで、熱伝導性の高い銅やニッケルなどで形成されたヒートパイプユニット５の受熱板部５Ａは、ＬＥＤモジュール２を構成するモジュール基板２ＡのＬＥＤ実装部２Ｂの内面に接着されており、この受熱板部５Ａには、各ＬＥＤパッケージ６の電極層６Ｅが面接触状態で接着されている。なお、接着材としては、熱伝導性の高いシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などが使用される。
【００３４】
以上のように構成された一実施形態に係るＬＥＤ照明灯では、屋内配線ＨＷに接続された図示しない点灯スイッチがオンされると、電源ユニット３の直流出力側の２本のリード線（図示省略）から例えば１２Ｖの所定電圧に制御された直流電流が各ＬＥＤモジュール２の回路パターン２Ｅに供給される。これにより、各ＬＥＤモジュール２に実装された複数のＬＥＤパッケージ６の各ＬＥＤチップ６Ｃが点灯し、その点灯光が透光カバー４を通して照射される。
【００３５】
ここで、各ＬＥＤパッケージ６のＬＥＤチップ６Ｃが点灯して発熱すると、その発熱は、各ＬＥＤパッケージ６のリフレクタ凹部６Ｂの底部に露出する電極層６Ｅに面接触するヒートパイプユニット５の受熱板部５Ａから一群のヒートパイプ５Ｂの放熱端部に瞬時に移動して効率よく放熱される。その結果、各ＬＥＤチップ６Ｃの高温化が抑制されて各ＬＥＤチップ６Ｃの寿命が延びる。
【００３６】
また、一実施形態のＬＥＤ照明灯では、各ＬＥＤパッケージ６が透光カバー４側に３次元的に膨出する球面板状（曲面板状）に形成されたＬＥＤ実装部２Ｂの各装着孔２Ｄに半突出状態に嵌め込まれて装着されているため、各ＬＥＤパッケージ６のＬＥＤチップ６Ｃの点灯光は、透光カバー４を通して広範囲に照射されるようになり、その照射領域が拡大する。
【００３７】
すなわち、一実施形態のＬＥＤ照明灯によれば、複数のＬＥＤパッケージ６の各ＬＥＤチップ６Ｃの放熱効率を格段に向上させることができ、その高寿命化を達成することができる。また、各ＬＥＤチップ６Ｃの点灯光の照射領域を拡大することができる。
【００３８】
本発明のＬＥＤ照明灯は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、ＬＥＤモジュール２のモジュール基板２Ａは、ＬＥＤ実装部２Ｂが平坦な円板状に形成し、これに合わせてヒートパイプユニット５の受熱板部５Ａも平坦な円板状に形成することができる。
【００３９】
また、ヒートパイプユニット５を構成する一群のヒートパイプ５Ｂのうち、少なくとも外周側に環状に配列されるものは、放熱効率が向上するように、放熱端部が放射方向外側に屈曲したものとしてもよい。さらに、一群のヒートパイプ５Ｂは、図７に示すような断面形状を有する１本のヒートパイプ５Ｃ、すなわち、内部空間が放射状に連続するヒートパイプ５Ｃに変更することができる。
【００４０】
また、図２に示したように同心状に配置される４個のＬＥＤモジュール２は、図８に示すような大径のリング状に形成されモジュール基板７Ａを有する単一のＬＥＤモジュール７、すなわち、幅広のリング状に形成されたＬＥＤ実装部７Ｂの外周および内周に幅狭のリング状に形成されたリング状支持部７Ｃ，７Ｃが連続するＬＥＤモジュール７に変更することができる。
【００４１】
図８に示すＬＥＤモジュール７において、多数のＬＥＤパッケージ（図示省略）が実装されるＬＥＤ実装部７Ｂは、透光カバー４（図１参照）側へ膨出する半円孤状の断面形状とするのが好ましいが、平坦な断面形状であってもよい。この場合、図３に示したヒートパイプユニット５の受熱板部５Ａは、ＬＥＤモジュール７のＬＥＤ実装部７Ｂに接合される円孤状の断面形状または平坦な断面形状のリング状に形成される。
【００４２】
なお、図１に示した支持部材１は円板状であるが、概略正方形または長方形の角板状であってもよい。これに合わせて透光カバー４も角形のトレイ状に変形することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ：支持部材
１Ａ：筒状突部
１Ｂ：収容穴
２  ：ＬＥＤモジュール
２Ａ：モジュール基板
２Ｂ：ＬＥＤ実装部
２Ｃ：リング状支持部
２Ｄ：装着孔
２Ｅ：回路パターン
３  ：電源ユニット
４  ：透光カバー
５  ：ヒートパイプユニット
５Ａ：受熱板部
５Ｂ：ヒートパイプ
６  ：ＬＥＤパッケージ
６Ａ：キャビティ基体
６Ｂ：リフレクタ凹部
６Ｃ：ＬＥＤチップ
６Ｄ：封入樹脂
６Ｅ：電極層
【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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【図７】
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【図８】
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