(57)【要約】【課題】複数の半導体発光素子の光出力を安定させることができる照明装置を提供する。【解決手段】照明装置10は、複数の半導体発光素子17、および放熱体18を具備する。放熱体18は、前面側の取付面、および取付面に対して反対の背面側に突設された複数の放熱フィン28を有する。取付面27には少なくとも上下の取付位置を含む複数の取付位置に複数の半導体発光素子17が取り付けられているとともに、各取付位置の半導体発光素子17の少なくとも中心Ｂが異なる放熱フィン28と前後方向に重なるように取り付けられている。【選択図】図１
2013161655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体発光素子と；
前面側の取付面、および取付面に対して反対の背面側に突設された複数の放熱フィンを有し、取付面には少なくとも上下の取付位置を含む複数の取付位置に複数の半導体発光素子が取り付けられているとともに、各取付位置の半導体発光素子の少なくとも中心が異なる放熱フィンと前後方向に重なるように取り付けられている放熱体と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上下に配置される半導体発光素子を結ぶ方向と放熱フィンの上下方向とが成す角度は５〜５０°の範囲にある
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
上下に配置される半導体発光素子が重力方向に並び、放熱フィンが重力方向に対して傾斜されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
【請求項４】
上下に配置される半導体発光素子が重力方向に対して傾斜し、放熱フィンが重力方向に沿って設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置の光源として半導体発光素子であるＬＥＤが採用されており、最近では高出力のＬＥＤパッケージが開発され、高出力の投光器などへの採用も進んでいる。
【０００３】
投光器では、放熱体が用いられ、放熱体の前面側に複数のＬＥＤパッケージが取り付けられ、放熱体の背面側にＬＥＤパッケージが発生する熱を放熱するための複数の放熱フィンが突設されている。投光器では、照射角度を上下方向に変えても安定した放熱性能が求められており、放熱フィンは重力方向に沿って設けられている。そのため、ＬＥＤパッケージの熱が放熱フィンに伝達されると、暖められた空気が放熱フィン間を上昇するとともに外気が放熱フィン間の下側から入る対流が発生し、放熱フィンに伝達された熱が空気中に放熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９８９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、放熱体の前面側に複数のＬＥＤパッケージが重力方向に並んで取り付けられている場合、これら上下のＬＥＤパッケージからの熱は同じ放熱フィンに伝達されることになる。
【０００６】
これにより、上側のＬＥＤパッケージの熱が伝達される放熱フィンの上側箇所に、下側のＬＥＤパッケージの熱が伝達される放熱フィンの下側箇所で暖められた空気が上昇するため、その放熱フィンの上側箇所での放熱効果が低下し、その放熱フィンの上側箇所の温度が上昇しやすい。それに伴って、上側のＬＥＤパッケージの温度が上昇し、上側のＬＥＤパッケージの光出力が低下し、複数のＬＥＤパッケージの光出力にばらつきが発生する問題がある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、複数の半導体発光素子の光出力を安定させることができる照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の照明装置は、複数の半導体発光素子、および放熱体を具備する。放熱体は、前面側の取付面、および取付面に対して反対の背面側に突設された複数の放熱フィンを有する。取付面には少なくとも上下の取付位置を含む複数の取付位置に複数の半導体発光素子が取り付けられているとともに、各取付位置の半導体発光素子の少なくとも中心が異なる放熱フィンと前後方向に重なるように取り付けられている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放熱体の取付面には少なくとも上下の取付位置を含む複数の取付位置に複数の半導体発光素子が取り付けられているとともに、各取付位置の半導体発光素子の少なくとも中心が異なる放熱フィンと前後方向に重なるように取り付けられているため、各半導体発光素子の熱が同じ放熱フィンに伝達され難くなり、各放熱フィンの放熱効果が安定し、各半導体発光素子の光出力が安定することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態を示す照明装置の放熱体の背面図である。
【図２】同上放熱体の前面側から見た斜視図である。
【図３】同上放熱体の背面側から見た斜視図である。
【図４】同上照明装置の斜視図である。
【図５】同上放熱体の背面側の温度分布図を示し、(a)は放熱フィンの角度が０°の場合の温度分布図、(b)は放熱フィンの角度が１０°の場合の温度分布図、(c)は放熱フィンの角度が２０°の場合の温度分布図、(d)は放熱フィンの角度が３０°の場合の温度分布図である。
【図６】同上放熱フィンの角度と放熱体の各発熱位置の温度との関係を示す表である。
【図７】同上放熱フィンの角度と放熱体の各発熱位置の温度との関係を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態を示す照明装置の放熱体の背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、第１の実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。
【００１２】
図４に、照明装置10として投光器を示す。照明装置10は、水平方向に並ぶ一対の器具本体11、これら器具本体11の前面側に配置される前面ケース12、および器具本体11を上下方向に揺動可能に支持する支持体13、および支持体13に取り付けられた点灯装置14を備えている。
【００１３】
器具本体11は、複数の半導体発光素子17、およびこれら半導体発光素子17を取り付けた放熱体18を有している。なお、一対の器具本体11は別体に設けられていてもよいし一体に設けられていてもよい。
【００１４】
前面ケース12は、半導体発光素子17が発生する光を前方へ向けて反射させる反射体20、およびこの反射体20の前面を閉塞する透光性カバー21などを備えている。
【００１５】
支持体13は、器具本体11の側面を水平方向の支軸23によって回動可能に支持し、器具本体11を上下方向に揺動可能に支持する。
【００１６】
点灯装置14は、商用交流電源を半導体発光素子17を点灯させる所定の点灯電源に変換して導体発光素子17に供給する。
【００１７】
次に、図１ないし図３に、半導体発光素子17および放熱体18を示す。
【００１８】
半導体発光素子17には、１つのＬＥＤをパッケージボディに搭載して蛍光体層で封止した表面実装形で例えば１００Ｗの高出力タイプのＬＥＤパッケージ17aが用いられている。なお、複数のＬＥＤを基板に実装して蛍光体層で一体に封止したＬＥＤモジュールを用いてもよい。あるいは、ＬＥＤ以外に、ＥＬ素子やその他の発光素子を用いてもよい。
【００１９】
放熱体18は、例えばアルミニウムなどの放熱性に優れた金属材料によって形成されている。放熱体18は、円板状の基部26を有し、この基部26の前面側にはＬＥＤパッケージ17aを取り付ける平面状の取付面27が形成され、基部26の背面側には複数の放熱フィン28が上下方向に沿って一体に突設されているとともにこれら放熱フィン28間に空気が上下方向に流通可能とする隙間29が形成されている。
【００２０】
複数の放熱フィン28は、放熱体18の中心Ａを通る１つの直径方向に平行となるように設けられているとともに、支持体13に放熱体18が支持された状態で重力方向（鉛直方向）に対して所定の角度θだけ傾斜するように設けられている。
【００２１】
放熱体18の取付面27には、複数のＬＥＤパッケージ17aが取り付けられている。本実施形態では、放熱体18の中心Ａに対して重力方向の上下２箇所の取付位置30および水平方向の左右２箇所の取付位置30に、４つのＬＥＤパッケージ17aが取り付けられている。
【００２２】
したがって、各ＬＥＤパッケージ17aと複数の放熱フィン28との前後方向における位置関係は、各ＬＥＤパッケージ17aの少なくとも中心Ｂと異なる放熱フィン28とがそれぞれ前後方向に重なる位置関係にある。すなわち、各ＬＥＤパッケージ17aの少なくとも中心Ｂは、同じ放熱フィン28に対して前後方向に重ならない関係にある。なお、ＬＥＤパッケージ17aの中心Ｂは温度が最も高くなる箇所である。
【００２３】
このように構成された照明装置10において、点灯装置14から点灯電源をＬＥＤパッケージ17aに供給すると、ＬＥＤパッケージ17aが点灯し、ＬＥＤパッケージ17aの発生する光が反射体20内を通じかつ透光性カバー21を透過して前方へ投光される。また、所定に固定場所に設置されている支持体13に対して水平方向の支軸23を支点として器具本体11を上下方向に回動させることにより、投光方向を調整することができる。
【００２４】
ＬＥＤパッケージ17aが発生する熱は、放熱体18に伝達され、放熱体18の複数の放熱フィン28から空気中に放熱される。この放熱効果により、ＬＥＤパッケージ17aの温度上昇が抑制される。
【００２５】
そして、図５ないし図７に、重力方向に対する放熱フィン28の角度θと、放熱体18の背面において各ＬＥＤパッケージ17aの後方に対応した各発熱位置の温度との関係を測定した結果を示す。以下、放熱体18の背面側から見て、上側のＬＥＤパッケージ17aをＬＥＤ１、左側のＬＥＤパッケージ17aをＬＥＤ２、右側のＬＥＤパッケージ17aをＬＥＤ３、下側のＬＥＤパッケージ17aをＬＥＤ４と称する。
【００２６】
図５は放熱体18の背面側の温度分布図を示し、(a)は放熱フィン28の角度θが０°の場合の温度分布図、(b)は放熱フィン28の角度θが１０°の場合の温度分布図、(c)は放熱フィン28の角度θが２０°の場合の温度分布図、(d)は放熱フィン28の角度θが３０°の場合の温度分布図である。図６は放熱フィン28の角度θと放熱体18の各発熱位置の温度との関係を示す表である。図７は放熱フィン28の角度θと放熱体18の各発熱位置の温度との関係を示すグラフである。
【００２７】
図５(a)に示すように、放熱フィン28の角度θが０°の場合、上下のＬＥＤ１およびＬＥＤ４の中心Ｂ（図１参照）が同じ放熱フィン28に対して前後方向に重なる。これらＬＥＤ１およびＬＥＤ４の中心Ｂの温度が最も高く、その中心Ｂの熱が同じ放熱フィン28に伝達される。そのため、上側のＬＥＤ１の熱が伝達される放熱フィン28の上側箇所に、下側のＬＥＤ４の熱が伝達される同じ放熱フィン28の下側箇所で暖められた空気が隙間29を上昇するため、その放熱フィン28の上側箇所での放熱効果が低下し、その放熱フィン28の上側箇所の温度が上昇しやすい。それに伴って、上側のＬＥＤ１の温度が上昇し、上側のＬＥＤ１の光出力が低下し、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の光出力にばらつきが発生しやすい。
【００２８】
図５(b)(c)(d)に示すように、放熱フィン28の角度θが１０°、２０°、３０°の場合、上下のＬＥＤ１およびＬＥＤ４の中心Ｂ（図１参照）が異なる放熱フィン28に対して前後方向に重なる。そのため、上側のＬＥＤ１の中心Ｂの熱が伝達される放熱フィン28と、下側のＬＥＤ４の中心Ｂの熱が伝達される放熱フィン28とが異なり、下側のＬＥＤ４の熱が伝達される放熱フィン28の箇所で暖められた空気が隙間29を上昇しても、上側のＬＥＤ１の熱が伝達される別の放熱フィン28の箇所への影響を低減することができる。上側のＬＥＤ１の熱が伝達される放熱フィン28での放熱効果が高くなり、その放熱フィン28の温度が上昇しにくくなる。それに伴って、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４の温度が安定して光出力も安定しやすい。
【００２９】
ＬＥＤ１の熱が伝達される放熱フィン28の温度に関しては、放熱フィン28の角度θが５°（図には記載していないが、放熱フィン28が５°傾斜した場合にも同様の結果となる）から５０°までは、放熱フィン28の角度θが０°の場合より低くなった。また、ＬＥＤ１の熱が伝達される放熱フィン28の温度に関しては、放熱フィン28の角度θが２０〜３０°の範囲が最も低くなった。なお、放熱フィン28の角度θが５０°の場合にも、放熱フィン28には上下が存在するため、放熱フィン28は上下方向に沿って設けられていることに含まれる。
【００３０】
なお、放熱フィン28の角度θが１０°などの小さい場合、ＬＥＤ１およびＬＥＤ４の周辺部が同じ放熱フィン28に対して前後方向に重なることがあるが、上述したように、ＬＥＤ１およびＬＥＤ４の中心Ｂの温度が最も高く、そのＬＥＤ１およびＬＥＤ４の中心Ｂが異なる放熱フィン28に対して前後方向に重なることにより、ＬＥＤ１の熱が伝達される放熱フィン28の温度への熱的な影響を低減することができる。
【００３１】
このような結果から、放熱フィン28の角度θは、５〜５０°の範囲にあることが好ましく、２０〜３０°の範囲がより好ましい。
【００３２】
このように、照明装置10によれば、放熱体18の取付面27には少なくとも上下の取付位置30を含む複数の取付位置30に複数のＬＥＤパッケージ17aが取り付けられているとともに、各取付位置30のＬＥＤパッケージ17aの少なくとも中心が異なる放熱フィン28と前後方向に重なるように取り付けられているため、各ＬＥＤパッケージ17aの熱が同じ放熱フィン28に伝達され難くなり、各放熱フィン28の放熱効果が安定し、各ＬＥＤパッケージ17aの光出力が安定する。
【００３３】
また、上下に配置されるＬＥＤパッケージ17aが重力方向に並び、放熱フィン28が重力方向に対して所定の角度θだけ傾斜されているため、ＬＥＤパッケージ17aの配置による配光特性の設定を容易にすることができる。
【００３４】
次に、第２の実施形態を、図８を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用いて説明する。
【００３５】
上下に配置されるＬＥＤパッケージ17aが重力方向に対して所定の角度θだけ傾斜し、放熱フィン28が重力方向に沿って設けられている。
【００３６】
この場合にも、放熱体18の取付面27には少なくとも上下の取付位置30を含む複数の取付位置30に複数のＬＥＤパッケージ17aが取り付けられているとともに、各取付位置30のＬＥＤパッケージ17aの少なくとも中心が異なる放熱フィン28と前後方向に重なるように取り付けられているため、各ＬＥＤパッケージ17aの熱が同じ放熱フィン28に伝達され難くなり、各放熱フィン28の放熱効果が安定し、各ＬＥＤパッケージ17aの光出力が安定する。
【００３７】
しかも、放熱フィン28が重力方向に沿って設けられるため、放熱フィン28間の隙間29における対流がスムーズになり、放熱体18の放熱効果を向上させることができる。
【００３８】
なお、放熱フィン28の上下方向と上下のＬＥＤパッケージ17aを結ぶ方向との双方を重力方向に対して傾斜するようにしてもよい。
【００３９】
また、放熱体18は正面または背面から見て円形でなく、四角形などでもよい。四角形の場合も、放熱フィン28は上下方向に設けられる。
【００４０】
また、放熱体18におけるＬＥＤパッケージ17aの配置も、前記実施形態に限られず、二つのＬＥＤパッケージ17aを上下方向に配置してもよいし、３つ以上のＬＥＤパッケージ17aを用いてそのうちのいくつかを上下方向に配置してもよい。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
10    照明装置
17    半導体発光素子
18    放熱体
27    取付面
28    放熱フィン
【図１】
2013161655.tif 000003
【図２】
2013161655.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013161655.tif 000008
【図７】
2013161655.tif 000009
【図８】
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