(57)【要約】【課題】  ＬＥＤに連続通電する所謂スタティック点灯で使用しつつも、小型化及び軽量化が可能であり、高速度撮影等の高精細な動画撮影に最適なＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】  光源としてのＬＥＤ３が実装されると共に当該ＬＥＤに対して配線がなされた回路基板３０と、前記回路基板３０が固定されるベースプレート２ａを有すると共に前記回路基板３０を囲むように周壁２ｂが設けられたハウジング２と、前記ハウジング２の周壁上に固定されて当該ハウジング２との間に密閉された液体収容室２４を形成すると共に、前記ＬＥＤ３の照射光を当該ハウジング２外に透過する保護プレート２３と、前記液体収容室２４に満たされ、前記ＬＥＤ３で発生した熱を前記ハウジング２に伝達する冷却液と、前記液体収容室２４に連通すると共に当該液体収容室２４の内圧に応じて容積が変化する圧力調整室４と、を備えている。【選択図】    図１
2017004725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としてのＬＥＤが実装されると共に当該ＬＥＤに対して配線がなされた回路基板と、
前記回路基板が固定されるベースプレートを有すると共に前記回路基板を囲むように周壁が設けられたハウジングと、
前記ハウジングの周壁上に固定されて当該ハウジングとの間に密閉された液体収容室を形成すると共に、前記ＬＥＤの照射光を当該ハウジング外に透過する保護プレートと、
前記液体収容室に満たされ、前記ＬＥＤで発生した熱を前記ハウジングに伝達する冷却液と、
前記液体収容室に連通すると共に当該液体収容室の内圧に応じて容積が変化する圧力調整室と、
を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記液体収容室内には前記ＬＥＤを囲むように環状の反射板が設けられると共に、当該反射板と前記ベースプレート及び前記周壁との間には前記冷却液の流路となる隙間が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記ハウジングの周壁には前記液体収容室に面して複数の吸熱フィンが接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記圧力調整室は前記ハウジングの周壁に設けられたポートを介して前記液体収容室に連通していることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記ハウジングを冷却するためのヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを光源としたＬＥＤ照明装置に係り、特に連続通電によってＬＥＤを点灯させる所謂スタティック点灯による使用が可能なＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビや映画などの動画撮影の照明分野では、高輝度、高効率、太陽光と色温度が近いなどの理由から、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度放電ランプが多用されてきた。しかし、高輝度放電ランプには、照射光に含まれる赤外線によって撮影現場が昇温し易いといった課題や、安定的に発光するまでの始動時間や再点灯時間が長い、安定器が必要で重量が嵩むといった課題がある。また、消費電力が大きいので、屋外撮影では大型の発電機やバッテリーが必要であり、機動性に乏しかった。このため、撮影の手法や撮影の進捗を妨げる大きな要因となっていた。
【０００３】
近年では、高輝度放電ランプに代わる照明装置として、複数のＬＥＤを基板上に配列したＬＥＤ照明装置が注目されている。しかし、ＬＥＤは投入した電力の多くの部分を熱に変換してしまうので、十分な熱対策を行わないと、ＬＥD照明装置の寿命を大きく損なうことになる。
【０００４】
従来、ＬＥＤ照明装置の熱対策としては、消費電力そのものを抑える方法と、発生した熱を外部へ効率よく放熱する方法とが提案されている。
【０００５】
前者の消費電力を抑える対策としては、ＬＥＤに対して通電する電流を高い周波数でＯＮ／ＯＦＦする所謂ダイナミック点灯という方法が一般的である。このダイナミック点灯では、ＬＥＤが高い周波数で点滅を繰り返すことになるが、人の目には残像現象によって常時点灯しているように見え、電流を常時流さないため、その分だけ発熱を抑えることが可能となっている。
【０００６】
しかし、動画撮影用のＬＥＤ照明装置にこのダイナミック点灯を採用した場合、1秒間の撮影コマ数がＬＥＤの1秒間の点灯回数に同期してしまうと、撮影した映像が明暗を繰り返す等の不具合を生じることになる。近年では撮影機材のデジタル化によって、1秒間の撮影コマ数が数万コマに達する高速度撮影も行われており、ダイナミック点灯のＬＥＤ照明装置は動画撮影の用途に適さないものとなっている。このため、動画撮影用のＬＥＤ照明装置としては、連続通電によってＬＥＤを常時点灯させる所謂スタティック点灯での使用が必須である。
【０００７】
後者の対策、すなわち発生した熱を外部へ効率よく放熱する対策としては、例えば特許文献１に開示されるように、ＬＥＤが配列された基板の裏面側にベースプレートを当接させると共に、当該ベースプレートに冷却液を流動させる流路を形成し、ＬＥＤで発生した熱を装置外に棄てるようにしたＬＥＤ照明装置が知られている。
【０００８】
また、特許文献２に開示されるように、内部空間を有するケース内にＬＥＤを配置すると共に当該内部空間内に冷却液を充填し、光を発するＬＥＤの前面側から熱を奪うようにしたＬＥＤ照明装置も知られている。この装置は車両のヘッドライトに適用されるものであり、光を集光するレンズを略筒状のケースに装着して、これらレンズとケースで冷却液の充填空間を形成し、当該空間内に冷却液を密封している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−７２７４７
【特許文献２】特開２０１１−２０４５０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示される冷却対策では、ＬＥＤへの通電で発生した熱は前記基板を介して前記ベースプレートに流れ込んでおり、ＬＥＤと基板、基板とベースプレートの間に接触熱抵抗が存在することから、ベースプレートを十分に冷却してＬＥＤとの間の温度差を大きく設定しないと、ＬＥＤの冷却が促進されない傾向にある。この点に関し、特許文献２に開示される冷却対策では、ＬＥＤに対して冷却液を直接接触させており、前記基板の背面側からＬＥＤを冷却する場合に比べて、効率よくＬＥＤを冷却することができる。スタティック点灯を採用する照明装置ではＬＥＤの発熱量が大きいので、そのようなＬＥＤを冷却する手法として特許文献２の対策は有効である。
【００１１】
しかし、特許文献２に示されるＬＥＤ照明装置では、冷却液がレンズとケースで構成された充填空間に密閉されており、ＬＥＤの発光時間が長くなると、冷却液そのものの温度が上昇し、前記充填空間の冷却液の圧力が高まって、前記レンズが割れる、前記レンズと前記ケースの間から冷却液が漏れる、ＬＥＤが損傷するといった懸念があった。
【００１２】
そもそも特許文献２に示される装置は車両のヘッドライト用であり、その用途からすれば、発熱の少ないダイナミック点灯による使用で足り、更に走行風による空冷効果が期待できることから、前記充填空間の容積をある程度大きく設定することにより、前記充填空間の内圧が過度に高まる前に冷却液の温度を平衡させることが可能であると考えられる。しかし、動画撮影に使用するＬＥＤ照明装置は様々な撮影条件に対応するために軽量化、小型化が求められ、冷却液の充填空間を可及的に小さくすることが求められる。また、固定的に設置されて使用される場合が多いため、車両のヘッドライトのように空冷効果を期待することもできない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ＬＥＤに連続通電する所謂スタティック点灯で使用しつつも、小型化及び軽量化が可能であり、高速度撮影等の高精細な動画撮影に最適なＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【００１４】
すなわち、本発明のＬＥＤ照明装置は、光源としてのＬＥＤが実装されると共に当該ＬＥＤに対して配線がなされた回路基板と、前記回路基板が固定されるベースプレートを有すると共に前記回路基板を囲むように周壁が設けられたハウジングと、前記ハウジングの周壁上に固定されて当該ハウジングとの間に密閉された液体収容室を形成すると共に、前記ＬＥＤの照射光を当該ハウジング外に透過する保護プレートと、前記液体収容室に満たされ、前記ＬＥＤで発生した熱を前記ハウジングに伝達する冷却液と、前記液体収容室に連通すると共に当該液体収容室の内圧に応じて容積が変化する圧力調整室と、を備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＬＥＤで発生した熱は回路基板を介して前記ハウジングのベースプレートに流入する他、液体収容室に満たされた冷却液を介してハウジングの周壁に伝達され、当該周壁から前記ベースプレートに流入することになる。従って、前記ベースプレートを外部から強制的に冷却すれば、ＬＥＤでの発熱量が大きなスタティック点灯方式を採用しつつも、当該ＬＥＤを効率よく冷却することが可能となる。
【００１６】
また、冷却液がＬＥＤから奪った熱は前記ハウジングの周壁に伝達されるので、かかる冷却液はＬＥＤで発生した熱を当該周壁に伝達できる程度の量で差し支えなく、前記液体収容室の容積を小さく抑えることができる。これにより、本発明のＬＥＤ照明装置は軽量化、小型化を図りやすいものとなっている。
【００１７】
更に、ＬＥＤからの吸熱によって冷却液が熱膨張し、その圧力が上昇しても、前記液体収容室には当該液体収容室の内圧に応じて容積が変化する圧力調整室が連通しているので、前記ＬＥＤの点灯中に、当該ＬＥＤや前記透明板に対して過度の圧力が作用することはなく、ＬＥＤそのものや、ハウジングに固定された透明板の破損を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用したＬＥＤ照明装置の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示したＬＥＤ照明装置の平面図である。
【図３】本発明のＬＥＤ照明装置に適用可能な冷却ユニットの一例を示す図である。
【図４】液体収容室内における冷却液の対流の様子を示す図である。
【図５】図１に示すＬＥＤ照明装置のハウジンングに吸熱フィンを設けた例を示す平面図である。
【図６】図５に示したＬＥＤ照明装置の平面図である。
【図７】本発明のＬＥＤ照明装置における圧力調整室の他の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明を適用したＬＥＤ照明装置を詳細に説明する。
【００２０】
図１及び図２は本発明を適用したＬＥＤ照明装置の一例を示すものであり、図１は断面図、図２は平面図である。このＬＥＤ照明装置１は円筒形状のハウジング２の内部に複数のＬＥＤ３を有しており、前記ＬＥＤ３が発した照明光は前記ハウジング２の前面から保護プレート２３を透過して射出される。このＬＥＤ照明装置１はこれ単独で用いることもできるが、例えば、このＬＥＤ照明装置１を光源とし、内面に反射面が設けられると共に集光レンズが設けられたケースに対して当該ＬＥＤ照明装置を取り付けて使用することができる。これにより、様々な用途の照明装置として利用することが可能である。
【００２１】
前記ハウジング２は、金属製の円板状ベースプレート２ａと、前記ベースプレート２ａに固定された金属製の周壁２ｂとから構成されている。これらベースプレート２ａ及び周壁２ｂは一体的に成形しても良い。前記ベースプレート２ａ上には複数のＬＥＤ３が実装された回路基板３０が固定されており、当該回路基板３０には図示外のコントローラから配線され、ＬＥＤ３への通電が行われる。前記ＬＥＤ３で発生した熱を効率良く前記ベースプレート２ａに伝熱するため、前記回路基板３０としては厚さ０．５ｍｍ以下の極めて薄いものを使用し、当該回路基板３０に対してチップ型ＬＥＤを表面実装している。
【００２２】
前記周壁２ｂは略円筒状に形成されており、前記回路基板３０上に配列された一群のＬＥＤ３を囲むようにして前記ベースプレート２ａに固定されている。また、前記周壁２ｂ上には透明な保護プレート２３が固定されており、かかる保護プレート２３は前記回路基板３０上に配列されたＬＥＤ３と対向している。前記ＬＥＤ３の照射光は当該保護プレート２３を透過して前記ハウジング２の外へ射出される。かかる保護プレート２３としては、例えば、無色透明なアクリル板が使用される。また、図示はしていないが、前記周壁２ｂと保護プレート２３との間には、これらの間の密閉性を保つためのパッキングが介装されている。尚、図２中の符号２６は、前記保護プレート２３を前記周壁２ｂに固定するための止めネジである。
【００２３】
前記ベースプレート２ａに対して前記周壁２ｂを固定し、更に周壁２ｂに対して保護プレート２３を固定すると、密閉された液体収容室２４が一群のＬＥＤ３の前面側に形成される。この液体収容室２４には冷却液が満たされており、前記ＬＥＤ３は前記冷却液に浸かった状態にある。この冷却液は前記ＬＥＤ３への通電時に当該ＬＥＤ３で発生した熱を吸収し、これを前記周壁２ｂに伝熱する役割を有している。
【００２４】
前記ＬＥＤ３の照射光は前記冷却液を通過して前記筐体外へ射出されることから、前記冷却液としては、透明度の高い液体であり、しかも加熱された場合の変性が殆どなく、沸点の高い液体であることが重要である。前記配線基板３０に実装されているＬＥＤ３の個数や通電している電流値によって差はあるが、スタティック点灯によって冷却液の温度は１００℃程度にまで上昇すると考えられ、当該冷却液の沸点はこれ以上であることが必要である。また、前記冷却液はＬＥＤ３及び回路基板３０に対して直接接触していることから、特開２０１１−２０４５０２における冷却用溶液と同様に、絶縁抵抗値の大きな液体でなければならない。更に、前記ＬＥＤ３は外郭がシリコン樹脂等の樹脂材料によって成形されていることから、冷却液は樹脂に対する侵襲性の低いものであることが必要である。本発明に用いる冷却液としては、例えばスクワランを使用することが可能である。
【００２５】
前記液体収容室２４内には、前記回路基板３０に実装された一群のＬＥＤ３を囲むようにして反射板２０が設けられている。前記反射板２０は脚部（図示せず）を介して前記ベースプレート２ａに固定されているが、当該反射板２０とベースプレート２ａとの間、当該反射板２０と前記保護プレート２３との間には隙間が形成されている。更に、この反射板２０の外径は前記周壁２ｂの内径よりも小さく設定されており、当該反射板２０と前記周壁２ｂとの間には隙間が形成されている。すなわち、前記冷却液はこれらの隙間を通じて前記反射板２０の周囲を流動することができる。
【００２６】
また、前記ハウジング２の周壁２ａにはポート２５が設けられており、前記冷却液が満たされた液体収容室２４は前記ポート２５を介して圧力調整室４と連通されている。この圧力調整室４は前記液体収容室２４と同様に前記冷却液で満たされており、当該冷却液の圧力に応じて容積が変化するように構成されている。すなわち、前記液体収容室２４の内圧が高まると、図１に一点鎖線で示すように、これに通じる前記圧力調整室４の容積が増加して、当該内圧の上昇が抑えられる。
【００２７】
図３は本発明を適用したＬＥＤ照明装置１を使用する際に当該装置と一緒に使用する冷却ユニット５の一例を示すものである。前記ＬＥＤ照明装置１のベースプレート２ａには金属製の伝熱台５０が接触しており、前記伝熱台５０はヒートパイプ５１によってヒートシンク５２と接続されている。ヒートシンク５２は多数の放熱フィンを有すると共に、これら放熱フィンを強制空冷する電動ファン５３がヒートシンク５２に固定されている。前記伝熱台５０はベースプレート２ａよりも熱伝導性の良好な金属から形成されることが好ましく、例えば前記ベースプレート２ａをアルミニウム合金製とするのであれば、前記伝熱台５０は銅製とすることが考えられる。また、前記伝熱台５０はその厚みが前記ベースプレート２ａの厚みよりも十分に大きいことが好ましい。
【００２８】
前記ベースプレート２ａの温度が前記伝熱台５０の温度よりも高くなると、両者の間に熱勾配が形成されるので、これに伴って前記ベースプレート２ａが保持している熱は前記伝熱台５０へ移動する。これによって前記伝熱台５０の温度が前記ヒートシンク５２の温度よりも高くなると、前記伝熱台５０に流入した熱は前記ヒートパイプ５１を通じて前記ヒートシンク５２へ流入する。かかるヒートシンク５２は電動ファン５３によって空冷されていることから、前記ＬＥＤ照明装置１に通電してＬＥＤ３を点灯している最中は、前記ベースプレートから前記ヒートシンクへ向けて下りの温度勾配が形成されるので、前記冷却ユニット５は常にＬＥＤ照明装置のベースプレート２ａから熱を取り去ることになり、ＬＥＤ３で発生した熱はベースプレート２ａからＬＥＤ照明装置１の外部へ捨てられる。
【００２９】
ＬＥＤ３を点灯するために当該ＬＥＤ３に通電すると、ＬＥＤ３は熱を発生するが、その熱の一部分は前記回路基板３０を介してベースプレート２ａに流入し、残りの熱は液体収容室２４に満たされた冷却液に流入する。冷却液はＬＥＤ３に直接接触していることから、当該ＬＥＤ３で発生する熱の多くは冷却液に流入することになる。その結果、ＬＥＤ３を点灯すると、冷却液は当該ＬＥＤ３の発する熱によって加熱される。その一方、液体収容室２４を形成している前記周壁２ｂはベースプレート２ａに接しており、このベースプレート２ａは前記冷却ユニット５によって熱を奪われることから、前記周壁２ｂは前記冷却液の放熱器として機能することになる。従って、冷却液、周壁２ｂ及びベースプレート２ａの経路では、冷却液からベースプレート２ａに向けて下りの温度勾配が形成されるので、ＬＥＤ３から冷却液に流入した熱は周壁２ｂを仲介としてベースプレート２ａへ捨てられることになる。すなわち、前記冷却液はＬＥＤ３で発生した熱を前記フロントケース２ｂへ受け渡す媒体として機能する。
【００３０】
この際、前記液体収容室２４では、ＬＥＤ３によって加熱された冷却液が前記周壁２ｂによって冷やされることにより、冷却液の対流が発生し、これによって冷却液によるＬＥＤ３の冷却が促進される。図４中に矢線で示すように、この冷却液の対流は前記反射板２０の周囲を循環するように発生する。ＬＥＤ３の熱で暖められた冷却液は前記保護板２３に沿って液体収容室２４の中央から前記周壁２ｂへ向けて流動し、かかる周壁２ｂで冷やされて当該周壁２ｂと前記反射板２０との間を前記ベースプレート２ａに向けて下降し、更に、前記反射板２０と前記ベースプレート２ａとの隙間を通過して前記液体収容室２４の中央に戻る。これにより、前記液体収容室２４の容積、すなわち当該液体収容室２４に満たす冷却液の量を抑えつつも、ＬＥＤ３の冷却を十分に行うことが可能となり、ＬＥＤ照明装置１のハウジング２を小型化、軽量化することが可能となる。
【００３１】
図５及び図６は、前記ハウジング２の周壁の内側に複数の吸熱フィン２７を設けて、冷却液から前記周壁２ｂへの熱の伝達効率を高めた例を示すものである。前記吸熱フィン２７は前記周壁２ｂの内周面から前記ハウジング２の半径方向へ突出しており、前記ハウジング２の周方向に沿って一定の間隔で配列されている。
【００３２】
特に、図５及び図６に示す例では、前記吸熱フィン２７は前記反射板２０と前記周壁２ｂとの隙間に設けられ、当該隙間を複数の通路に分割している。このため、前述した如く液体収容室２４内で冷却液の対流が発生すると、かかる冷却液は前記吸熱フィン２７の間を抜けながら前記反射板２０の周囲を循環することになり、当該冷却液から前記周壁２ｂへの伝熱を円滑に行い、ＬＥＤ３の冷却効率を高めることができる。
【００３３】
一方、このようにＬＥＤ３から冷却液に流入した熱を前記ハウジング２の周壁２ｂによって奪い取ったとしても、ＬＥＤ３の点灯中は冷却液の温度が消灯中よりも数十度以上は上昇してしまい、冷却液は熱膨張を生じることになる。その際、本発明のＬＥＤ照明装置１は前記液体収容室２４と連通する圧力調整室４を有しているので、たとえ冷却液が熱膨張を生じたとしても、当該圧力調整室４の容積が変化して冷却液の体積増加分を吸収することができ、前記液体冷却室２４の内圧が過度に上昇するのを回避することができる。従って、前記液体収容室２４の内圧に起因して、前記周壁２ｂに固定した保護プレート２３が割れたり、ＬＥＤ３そのものが破損したりする問題を回避することが可能となる。
【００３４】
前記圧力調整室４としては、例えばゴム風船のような弾性体から形成された袋体を前記ポート２５に接続することが考えられる。このとき、前記袋体には圧力調整室４と同じ冷却液を満たしておく。このように構成すれば、前記液体収容室２４の内圧に応じて前記袋体が伸縮し、その容積が変化することになるので、前記液体冷却室２４の内圧の上昇を抑えることが可能となる。
【００３５】
前記圧力調整室４の他の例としては、図７に示すように、前記周壁２ｂの２か所にポート２５を設け、これらポート２５をシリコンゴム等の弾性体から形成されたチューブ４０で接続することが考えられる。このように構成すると、前記袋体の場合と同様、前記液体収容室２４の内圧に応じて前記チューブが伸縮し、前記液体冷却室２４の内圧の上昇を抑えることが可能となる。
【００３６】
以上説明してきたように、本発明のＬＥＤ照明装置によれば、ＬＥＤ３に連続通電する所謂スタティック点灯で使用しても、ハウジング２の全体を有効に活用しながら当該ＬＥＤ３で発生した熱を外部へ棄てることができ、高速度撮影等の高精細な動画撮影に最適な照明装置を提供することが可能となる。
【００３７】
また、ハウジング２の全体を有効に活用しながら当該ＬＥＤ３で発生した熱を外部へ棄てることができるので、ハウジング２内に充填する冷却液の容量を可及的に少なくすることができ、小型化及び軽量化が図られたＬＥＤ照明装置を提供することも可能となる。更に、ＬＥＤ３の点灯によって冷却液が熱膨張した場合でも、照射光が透過する保護プレート２３やＬＥＤ３そのものに過度の圧力が作用することはなく、装置の破損を防止することが可能となる。
【００３８】
尚、本発明はスタティック点灯で使用する場合に最適なＬＥＤ照明装置を提供するものではあるが、当該ＬＥＤ照明装置をダイナミック点灯で使用することを否定するものではない。本発明のＬＥＤ照明装置はＬＥＤの冷却能力に優れているので、ダイナミック点灯で使用する場合でも、ＬＥＤの長寿命化を達成することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…ＬＥＤ照明装置、２…ハウジング、２ａ…ベースプレート、２ｂ…周壁、３…ＬＥＤ、４…圧力調整室、２３…保護プレート、３０…回路基板
【図１】
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【図２】
2017004725.tif 000004
【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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