JP2011222381A - Ｌｅｄライトの放熱ハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の温度を有効に引き下げ、発光素子の発光品質、発光効率および使用寿命を向上できるＬＥＤライトの放熱ハウジングを提供する。
【解決手段】ＬＥＤライト２２の放熱ハウジング２０の軸方向に収容穴２１が貫設され、外面に軸方向に沿って複数の放熱フィン２４が設けられる。また、収容穴２１の軸方向に平行に複数の平行スロット２４１が放熱フィン２４の径方向に貫設される。放熱フィン２４の両側の壁面は、所定の夾角をなすように形成される。これにより、放熱ハウジング２０の上端に組み込まれる発光素子２６より発生する熱エネルギーは、放熱フィン２４と平行スロット２４１とを介して、同時に熱伝導と熱対流方式によって、放熱ハウジング２０周りの冷たい空気との熱交換が行われ、放熱ハウジング２０の放熱効率を大幅に向上できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）ライトの放熱ハウジングに関する。

近年は科学技術の進歩につれて、エネルギーの需要も高くなっている。過去、夜間または室内の照明には、白熱灯が最も広く使われていた。しかし、白熱灯の使用寿命は極めて短く、平均寿命はおよそ１，０００時間である。一方、白熱灯の電球はタングステン線を電球の内部に取付け、その空間を真空にし、または不活性ガスで充満させた上、電流をタングステン線に流すことにより、タングステン線は加熱されて白熱光線を発光する。しかし、白熱電球は、電気エネルギーから光エネルギーへの変換率が１０％しかなく、残りの９０％は使えない熱エネルギーとなり、大気中に放出されて、電気エネルギーのロスとなっている。大量なエネルギーを浪費するのみならず、自然環境にとって重い負担となっている。

前述した白熱灯の欠点、例えば、使用寿命が短く、光電変換効率が低いという欠点を解決すべく、蛍光灯具（蛍光灯と安定器とを組み合わせた一式の照明器具）が考案されている。同じの照明条件において、蛍光灯具の使用寿命は白熱灯の６倍（約６，０００時間）であるほか、蛍光灯具の電気エネルギー消費も確かに白熱灯より低い。白熱電球に比べ、蛍光灯具の電気消費量は白熱電球の約五分の一である。よって、十数年前からすでの多くの使用者は、省電力の蛍光灯具の使用に切り換えている。さらに、蛍光灯具の寸法は白熱灯に類似しており、口金の形（すなわち、ソケット）も白熱灯と同じである。よって、使用者は口金の形を交換必要がなく、白熱灯をそのまま蛍光灯具に取り替えて使用できる。このため、蛍光灯具は徐々に白熱灯に取り代わって、一般照明の主流となっている。
しかし、蛍光灯内部には人間の健康を害する水銀蒸気と燐系の蛍光物質が大量に封入されている。蛍光灯の使用寿命はやや短い（６，０００時間しかない）と言われている。普及につれて大量に使用される結果、短期間に大量な蛍光灯廃棄物を発生する。みだりに廃棄すると、内部に封入されている水銀と蛍光物質によって自然環境が汚染され、エコロジーに極めて大きい危害を与える。

前述の通り、時代の経過につれて、照明に関する科学技術も飛躍的に進歩している。前述の白熱電球と電球型蛍光ランプのほか、近年は多くの灯具業者から「環境保護とエネルギー対策」をうたい文句としたＬＥＤライトが生産されている。ＬＥＤライトの使用寿命は、白熱電球の約４０倍で４０，０００時間に及ぶ。ＬＥＤライトの消費電力は、白熱電球と蛍光灯に比べてはるかに低い。つまり、ＬＥＤライトの消費電力は白熱電球の約十分の一で、蛍光灯の約半分しかない。また、ＬＥＤライトは、水銀などの有毒物質を含まず、また、ＬＥＤから発生する光スペクトルに紫外線または赤外線を含まないため、投射光線も熱や輻射を発生しない。その上、ＬＥＤの製造技術も熟成しつつあり、原価を継続的にコストダウンした結果、電球型蛍光ランプと白熱電球に取り代わって、ＬＥＤライトが今日の照明器具の主流となっている。

ＬＥＤライトは、例えば、特許文献１、２、３等に開示されている。

特開２００９−４１３０号公報 特開２００６−３１３７１７号公報 特開２００９−３７９９５号公報

前述の通り、ＬＥＤライトは今日の照明器具の主流になったが、ＬＥＤは発光の過程に大量な熱を発生し、かつ輝度が高いほどＬＥＤが発生する熱量は高い。そして、ＬＥＤが取り付けられるＬＥＤライトが発生した熱エネルギーを順調に放出できない場合、装置自体の温度が下がらないまま高温状態を長時間継続すると、部材の劣化と光の減衰現象を引き起し、使用寿命が大きく短縮される。よって、ＬＥＤライトの放熱効果を向上し使用寿命を長くするため、業界より各種のＬＥＤライトの放熱ハウジングが開発されている。
図１を参照しながら、従来のＬＥＤライトの放熱ハウジングについて、以下の通り説明する。

図１に示すものは放熱ハウジング１０である。該放熱ハウジング１０はアルミ合金の金属鋳造によって一体成形されている。その内部には、電気回路板１１とその上に取り付けられたリード線１１１を収容するための収容穴１０１が設けられている。該放熱ハウジング１０の径外方向には複数の放熱フィン１０２が設けられる。隣接する各該放熱フィン１０２は互いに間隔を置いて配置される。各該放熱フィン１０２の両側の壁面は互いに平行であり、かつ該放熱ハウジング１０の側面に略垂直に接続されている。該放熱ハウジング１０の下端にはソケット１２が取付けられ、上端には発光モジュール１３が取付けられる。

該発光モジュール１３は、少なくとも一つのＬＥＤ１３１と一つの台座１３２とを含む。該台座１３２の上面に当該ＬＥＤ１３１が設けられ、下面は該放熱ハウジング１０他端の上側に貼り付けられる。これにより、該ソケット１２、該電気回路板１１、該リード線１１１及び該発光モジュール１３を該放熱ハウジング１０に取付け、該発光モジュール１３上のＬＥＤ１３１を該リード線１１１と該電気回路板１１とに配線し、該電気回路板１１と該ソケット１２を介して外部の電気を取得して、電気を当該ＬＥＤ１３１に伝送し、当該ＬＥＤ１３１を発光させる。

当該ＬＥＤ１３１より発生する熱エネルギーは、該台座１３２の下面より該放熱ハウジング１０に伝導され、かつ該放熱ハウジング１０と放熱フィン１０２によって、周りの大気に放出される。これにより、当該ＬＥＤ１３１の稼働温度を引き下げて、当該ＬＥＤ１３１は理想的な色の光を発光することができる。

しかし、各該放熱フィン１０２の両側の壁面は互いに平行であり、かつ各該放熱フィン１０２は該放熱ハウジング１０の側面に略垂直に接続されているため、隣接する各該放熱フィン１０２間に空気対流死角を作ってしまう。各該放熱フィン１０２間で作られた死角の空気は、熱を受け入れた結果、温度が次第に上昇し、各該放熱フィン１０２の周りに蓄積されることによって、各該放熱フィン１０２と周りの空気間の温度差が次第に小さくなり、各該放熱フィン１０２間の空気対流効率を悪化させる。その結果、当該ＬＥＤ１３１より伝導された熱を有効に発散できなくなり、当該ＬＥＤ１３１の稼働温度を引き下げることが出来なくなる。よって、該放熱ハウジング１０に組み込まれた発光モジュール１３も、同じく部材の劣化と光の減衰現象を引き起し、使用寿命が大きく短縮される。

上記の課題に鑑み、本発明の目的は、放熱効率を大幅に向上させるＬＥＤライトの放熱ハウジングを提供することにある。

前述の課題と欠点について、本発明者は、長年の実務経験に基づき研究実験を重ねた結果、本発明のＬＥＤライトの放熱ハウジングを発明し、放熱ハウジングの放熱効率の向上を図り、ＬＥＤライトの使用寿命の延長を図る。

本発明のＬＥＤライトの放熱ハウジングは、主に金属鋳造法で一体成形される。該放熱ハウジングの内部にＬＥＤライトの電気回路板とリード線とを収容するため、軸方向に沿って収容穴が貫設されている。

該放熱ハウジングの外面の径方向に延びて軸方向に沿って複数の放熱フィンが設けられる。該放熱ハウジングの下端側の各該放熱フィンの径方向の長さは、該放熱ハウジングの上端側の各該放熱フィンの径方向の長さより短い。該放熱ハウジングの下端にはソケットが取付けられ、上端には該ＬＥＤライトの発光素子（例えばＬＥＤを設けられた台座）が取付けられる。
各該放熱フィンの両側の壁面は夾角をなし、隣接する当該放熱フィン間に空気対流の死角の形成を防止でき、当該放熱フィン間の空気対流効率を大幅に向上できる。

当該放熱フィンには、複数の平行スロットがさらに径方向に貫設される。当該平行スロットによって当該放熱フィンの放熱面積を大幅に増加できるほか、各該放熱フィン内部の熱エネルギーは、当該平行スロットを通って当該放熱フィン外部の冷たい空気との熱交換ができる。

これにより、当該発光素子を該放熱ハウジングに組み込んで稼働し発光したとき、当該発光素子より発生する熱エネルギーは、それぞれ当該放熱ハウジングに設けられる放熱フィンと平行スロットとを介して、同時に熱伝導と熱対流方式によって、当該放熱フィン外部の冷たい空気との熱交換が行われる。当該放熱フィン間の良い空気対流効率を利用し、放熱フィンの表面と平行スロット内部の熱エネルギーを速く周りの大気に発散させることにより、該発光素子自体の温度を速やかに最適な稼働温度に引き下げて、該発光素子の発光品質、発光効率および使用寿命を向上できる。

また、各該放熱ハウジングの内面に各該放熱フィンの位置に対応し軸方向に沿って凹み溝がそれぞれ設けられる。該放熱ハウジングの下端側の各該凹み溝の径方向の深さは、該放熱ハウジングの上端側の各該凹み溝の径方向の深さより浅く、かつ該凹み溝は当該平行スロットと互いに連通する。

これにより、各該放熱フィン内部の放熱面積を大幅に増やせるほか、該放熱ハウジング上端のＬＥＤから発生する熱エネルギーを当該凹み溝によって提供された大きな放熱面積によって、すばやく該放熱フィンの外面に伝導させ、より高速な熱伝導効果を実現できる。その上、各該凹み溝によって該放熱ハウジング内部に大きい熱対流空間を形成できるほか、各該凹み溝は、該収容穴と当該平行スロットとを互いに連通する。よって、各該放熱フィン外部の冷たい空気は容易に当該平行スロットを介して、各該凹み溝と該収容穴内部に進入することができる。一方、該凹み溝と該収容穴内部の熱空気も容易に当該平行スロットを介して、該放熱ハウジング外部に運ばれて、より高速な熱対流効果を実現できる。

従来のＬＥＤライトの分解斜視図である。 本発明の実施例１の放熱ハウジングとＬＥＤライトに備えるその他素子との分解斜視図である。 本発明の実施例１の放熱ハウジングの底面図である。 本発明の実施例１の放熱ハウジングの拡大図である。

本発明の目的、構造及びその効果のさらなる認識と理解を図るため、以下の通り実施例と図面を合わせて、詳細を説明する。

通常、ＬＥＤは発光の過程で大量な熱を発生する。よって、ＬＥＤが取り付けられたＬＥＤライトのほとんどは、ＬＥＤが発生する熱エネルギーを滞りなく周りの環境に放出させるため、放熱ハウジングが設けられている。
放熱ハウジングは、一般に、金属押出成形法または金属鋳造法で作られる。金属押出成形法からなる放熱ハウジングは、金属の板部材（例えばアルミ板材）を金属押出成形機械にて押出成形して一体成形する。しかし、金属押出成形で作られた放熱ハウジングの表面は粗いため、二次加工の必要がある。その加工プロセスは複雑であり、多大な時間と人力を要し、放熱ハウジングの製造コストが高くなり、業者の市場競争力を害する。そこで、金属押出成形に関し種々問題の解決を図った金属鋳造法が開発された。金属鋳造法による放熱ハウジングの製造では、金属合金（例えばアルミ合金）を溶融した後、金属鋳型によって一体成形する。金属合金材料の単価は金属板部材より安く、かつ金属鋳造法によって作られた放熱ハウジングは精緻な表面を有するため、二次加工の必要はない。よって、金属鋳造法からなる放熱ハウジングの生産価格、コストとも、金属押出成形による放熱ハウジングと比べ、安価になり、放熱ハウジングの大量生産に有利である。よって、金属鋳造法は放熱ハウジングの生産方法の主流になりつつある。

図２、本発明のＬＥＤライトの放熱ハウジングの実施例１を参照する。放熱ハウジング２０は、アルミ合金で、金属鋳造によって一体成形で作られる。なお、本発明の他の実施例において、該放熱ハウジング２０は、銅または他の金属部材で形成することもできる。
該放熱ハウジング２０内部には電気回路板２３およびその上に取り付けるリード線２３１を収容するため、軸方向に沿って収容穴２１が設けられている。
該放熱ハウジング２０の外面には径方向に延びて軸方向に沿って複数の放熱フィン２４が設けられる。該放熱ハウジング２０の下端側の各該放熱フィン２４の径方向の長さは、該放熱ハウジング２０の上端側の径方向の長さより短い。

該放熱ハウジング２０の下端にはソケット２５が取付けられ、上端には該ＬＥＤライト２２の発光素子２６が取り付けられる。本実施例において、該発光素子２６は少なくとも一つのＬＥＤ２６１と一つの台座２６２とを含み、該台座２６２の上面には当該ＬＥＤ２６１が設けられ、下面は該放熱ハウジング２０の上端に貼り付けられる。該放熱ハウジング２０の上端に複数の第１螺合穴２７が設けられ、該台座２６２において、当該第１螺合穴２７に対応する位置に複数の第２螺合穴２８が設けられて、複数のねじ２９が該第２螺合穴２８をつらぬいて該第１螺合穴２７に螺合し、該台座２６２を該放熱ハウジング２０の上端に締め付ける。

図３は、放熱ハウジング２０を下端側（ソケット２５側）から視た底面図である。
各該放熱フィン２４の基部は、各該放熱フィン２４と該放熱ハウジング２０が接続されるところである。各該放熱フィン２４の基部の幅は該基部の遠端の幅より大きく設けられ、各該放熱フィン２４の両側の壁面２４２、２４３は、夾角αをなす。夾角αは１０〜３０度が好ましい。本実施例において、夾角αは１６度である。また、隣接する放熱フィン２４の基部同士は互いに接近しており、隣接する放熱フィン２４の対峙する壁面２４２、２４３は夾角βを形成する。本実施例において、夾角βは３４度である。

これにより、隣接する各該放熱フィン２４間に空気対流の死角の形成を防止し、各該放熱フィン２４間の空気対流効率を大幅に向上できる。
これに対し、従来のＬＥＤライトの放熱ハウジングでは、各該放熱フィンの両側の壁面は互いに平行されており、かつ各該放熱フィンは該放熱ハウジングの側面に略垂直に接続されているため、隣接する当該放熱フィン間に空気対流の死角が形成される。当該放熱フィン間の死角に滞留した空気は外部の冷たい空気との対流が難しく、当該放熱フィンの周りに蓄積し、空気対流効率が良くない。

前述に続き、図２と３とを参照する。本実施例では放熱面積を増やすため、各該放熱フィン２４内部に複数の平行スロット２４１がさらに設けられる。各平行スロット２４１の軸は前記収容穴２１の軸に平行であるため、当該平行スロット２４１によって各該放熱フィン２４の放熱面積が大幅に増加する。該放熱ハウジング２０の上端に備えるＬＥＤ２６１より発生する熱エネルギーは、当該平行スロット２４１によって提供された大きな放熱面積を介して、すばやく各該放熱フィン２４外部の表面に伝導し、各該放熱フィン２４外部の冷たい空気との熱交換が行われ、より高速な熱伝導効果を実現できる。さらに、当該平行スロット２４１は各該放熱フィン２４の内部で熱対流の空間が形成される。その上、当該平行スロット２４１は該収容穴２１と互いに連通するため、各該放熱フィン２４外部の冷たい空気は滞りなく当該平行スロット２４１を通って該収容穴２１内部に進入でき、該収容穴２１内部の熱空気も容易に当該平行スロット２４１経由に該放熱ハウジング２０外部に運ばれて、より高速な熱対流効果を実現できる。

このように、該ソケット２５、該電気回路板２３および該リード線２３１を該放熱ハウジング２０上の対応する位置にそれぞれ組み込み、該発光素子２６を該放熱ハウジング２０の上端に組み込む。また、該発光素子２６上のＬＥＤ２６１を該リード線２３１と該電気回路板２３とを配線し、該電気回路板２３と該ソケット２５を介して外部電気を取り込み、電気を当該ＬＥＤ２６１に伝送する。該発光素子２６が起動され、ＬＥＤ２６１が発光する。
当該ＬＥＤ２６１から発生する熱エネルギーは、該台座２６２の下面を介して該放熱ハウジング２０に伝導され、該放熱ハウジング２０に設けられた放熱フィン２４と平行スロット２４１を介して、同時に熱伝導と熱対流方式によって該放熱ハウジング２０外部の冷たい空気との熱交換が行われる。

これにより、当該放熱フィン２４間の良好な空気対流効率を利用し、放熱フィン２４の表面と平行スロット２４１内部の高熱エネルギーをすばやく周りの大気に発散させ、該発光素子２６本体の温度をより高速に最適な稼働温度に引き下げて、該発光素子２６の発光品質、発光効率と使用寿命を有効に向上できる。

引き続き、図２と４とを参照する。該放熱ハウジング２０の内面に各該放熱フィン２４の位置に対応して軸方向に沿って凹み溝２０１がそれぞれ設けられる。該放熱ハウジング２０の下端側の各該凹み溝２０１の径方向の深さは、該放熱ハウジング２０の上端側の径方向の深さより浅く、かつ該凹み溝２０１は当該平行スロット２４１と互いに連通する。

これにより、各該放熱フィン２４内部の放熱面積が大幅に増加し、該放熱ハウジング２０の上端に備えるＬＥＤ２６１から発生する熱エネルギーは、当該凹み溝２０１によって提供された大きい放熱面積を介して、すばやく各該放熱フィン２４の外面に伝導され、各該放熱フィン２４外部の冷たい空気との熱交換を行い、高速の熱伝導効果を実現できる。
当該凹み溝２０１はさらに該放熱ハウジング２０の内部で大きな熱対流の空間を形成する一方、当該凹み溝２０１は該収容穴２１と当該平行スロット２４１とを互いに連通させる。よって、各該放熱フィン２４外部の冷たい空気は、滞りなく当該平行スロット２４１を経由して各該凹み溝２０１と該収容穴２１内部に進入し、一方、当該凹み溝２０１と該収容穴２１内部の熱空気は、容易に当該平行スロット２４１を経由して、該放熱ハウジング２０外部に運ばれ、高速の熱対流効果を実現できる。
よって、当該凹み溝２０１と平行スロット２４１は各該放熱フィン２４の放散、伝導面積を大幅に増加できるほか、当該凹み溝２０１内部の熱空気も当該平行スロット２４１を介して、各該放熱フィン２４外部の冷たい空気より高速な熱対流を行い、各該放熱フィン２４間の空気対流効率を大幅に向上できる。

前述の実施例において、該放熱フィンの構造と、該発光素子および該放熱ハウジング間の接合方式などに使用された語彙ならびに説明は、本発明の好ましい実施例を説明することを目的とし、本発明になんらの限定を加わるものではない。よって、本発明の分野を熟知する者は、本発明で開示された内容に基づき付加、転換、削除等がされた場合、あるいはその他構造または装置の利用により実現される構成を容易に想到できる場合は、本発明と均等なものとして本発明の技術的範囲に含まれる。

２０ ・・・放熱ハウジング
２１ ・・・収容穴
２２ ・・・ＬＥＤライト
２３ ・・・電気回路板
２４ ・・・放熱フィン
２５ ・・・ソケット
２６ ・・・発光素子
２７ ・・・第１螺合穴
２８ ・・・第２螺合穴
２９ ・・・ねじ
２３１ ・・・リード線
２４１ ・・・平行スロット
２４２、２４３ ・・・壁面
２６１ ・・・ＬＥＤ（発光ダイオード）
２６２ ・・・台座
２０１ ・・・凹み溝

Claims (6)

1. 金属鋳造によって略筒状に一体成形されるＬＥＤライトの放熱ハウジングであって、
   内部に軸方向に沿って貫設される収容穴と、
   外面の径方向に延びて軸方向に沿って設けられる複数の放熱フィンと、
   前記収容穴の軸方向に平行に前記放熱フィンの径方向に貫設される複数の平行スロットと、
   内面に前記複数の放熱フィンの位置に対応して軸方向に沿って設けられる複数の凹み溝と、
   を備えることを特徴とするＬＥＤライトの放熱ハウジング。
2. 前記放熱フィンの両側の壁面は、所定の夾角をなすように形成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤライトの放熱ハウジング。
3. 前記放熱ハウジングの下端側の前記放熱フィンの径方向の長さは、前記放熱ハウジングの上端側の前記放熱フィンの径方向の長さより短いことを特徴とする請求項２記載のＬＥＤライトの放熱ハウジング。
4. 前記放熱ハウジングの下端側の前記凹み溝の径方向の深さは、前記放熱ハウジングの上端側の前記凹み溝の径方向の深さより浅く、かつ前記凹み溝と前記平行スロットとは連通することを特徴とする請求項３記載のＬＥＤライトの放熱ハウジング。
5. 前記放熱ハウジングの上端面に、少なくとも一つの螺合穴が設けられていることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤライトの放熱ハウジング。
6. 前記放熱フィンの両側の壁面の夾角は、１０度から３０度までの範囲にあることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のＬＥＤライトの放熱ハウジング。

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