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長寿命LEDをもっと長く使う(2)
長くなってしまいましたが、ここでLEDの温度を下げるための「放熱」という事について少しご説明します。 まず、最初に理解しなくてはいけないのは、当たり前ですが放熱とは空気中に熱を出す(伝える)事ですが、空気はもっとも熱が伝わりにくい物質なのです。ちなみに、一番伝わらないのは「真空」です。 伝えるものがないのですから、、、。魔法瓶や冷蔵庫の断熱で利用されていますね。

ここに熱設計者の苦労があります。一番受け取ってくれない人に熱を渡すわけですから、 しかも熱は電気回路と違ってアナログで検証が難しいですので、LED機構設計者の徹夜の仕事が続くわけです。
ではどうするかというと、一番手っ取り早いのが「熱伝導」で、発熱部分の熱を他に持っていく事になります。そのためには、熱抵抗(電気の抵抗と同じイメージで思ってください)の低い物質が使われます。大体は、アルミとか銅とかの金属が使われます。ちなみに世界で一番熱抵抗率が低い物質は、ダイヤモンドと言われています。しかし硬くて加工できません。(いやいや、使えないのは値段でしょう! とつっこんでもらう場所ですが(笑))




でも所詮は、熱伝導は勤続等に伝えるだけですので、やっぱり最後には空気に伝えなくてはまた熱はこもってしまう(熱飽和)してしまいます。なので最終的には、いかにその熱伝導率の低い空気に伝えるかという事になります。そこで重要になってくるのは、

1.空気と接している面積の大きさ
2.空気との温度差(デルタTとか言います)

になります。車のエンジンにしても、半導体の冷却にしても、ヒートシンク(放熱板)というのは、でこぼこしていますね。これは、少しでも空気との接触面積を増やそうとしているからです。LED電球も、凸凹(放熱フィンが立っているとも言ったりします)がある商品を見かけるのはその為です。 デザインよりも性能という事ですね。


空気との温度差
そして次に聞いてくるのは、空気との温度差です。熱設計者は、出来るだけ寒いところで商品を使ってほしいと切に思っていますが残念ながら、普通の電子機器の動作保証温度は、大体40度です。しかも、ヒートシンクの近傍の熱は、その熱が伝わっていますので、40℃以上になっているケースがほとんどです。暖められた空気は対流を起こし動きますが、やはり周辺の熱はこもってしまい、冷却には難しい状況になってしまいます。

そこで、今度は、扇風機(ファン)の登場です。強制冷却とも言いますが、ファンによって冷たい空気を常に巡回させることによって、放熱効果を飛躍的に上げてくれますが空気穴が必要なのと、モータなどの稼動部があるので、故障の原因や寿命の影響が出てきやすいというデメリットがあります。(ちなみに、電子部品ではありませんがモータの軸受けに使われているベアリングも寿命という概念はあります)車やパソコンは必ずファンがついているのはこのためです。 LED照明も数百ワットのも大型の物や、逆に放熱面積のない小型のものにも付いているものがあります。

世界のLED照明(だけじゃなく電子機器メーカー全部)メーカーは、この大きさという制約及びデザイン性と寿命のバランスで設計をしているのです。そして、私どもKKテクノロジーズは、、、(ようやく本題、長かった、、、)

KKテクノロジーズの技術力
この温度による寿命の原因となっている、電解コンデンサーをなくそうとしました。 そうすると、設計も楽だし、デザインもいいし、寿命も延びるからです。 実は、私ども以外にも電解コンデンサを使っていないLED電源というのは存在しますが、フリッカー(携帯電話のカメラでとると縞縞模様が出る)がでるとか、他の機器に影響を与える電磁ノイズが発生する、価格が結構上がるなどの問題もあったりしました。そこで私共は、技術的な課題をクリアしつ、出来るだけ価格も上がらなくてもいいような 電解コンデンサを使用しない電源を開発しました。

寿命がある部品を使っていないので、本当は「永久LED」とか「永遠LED」等にして販売しようと思いましたが、LEDモジュールの開発を依頼したメーカーから、「4万時間以上の保障を求められた事はない」との事で、相談の結果、「設計寿命は6万時間」という事になりました。ただ、「永久LED」は無理でしたが、電解コンデンサを使用していない事によっていいことがあります。

いい事1.設計寿命後でも、消える事はない

ずぅーっと点灯して私たちの将来を照らしてくれます。それは、電解コンデンサは、「LED電球の品質及び長寿命化1」でも触れましたが電解液を使っていますので、なくなったらコンデンサの役割を失います。そしたらとても使える物ではなくなってしまいます。  しかし、私たちの電球は、おそらく熱や経年変化によって蛍光体が化学変化して、少し色合いが変わるかも知れませんが、使えないレベルにはなりにくいものです。寿命がある部品を使っていないのですから、使用者が、「お前はいらん」といわれるまで、一応ついていてくれると思います。 イメージ的には「大きなノッポの古時計」の歌詞や「忠犬ハチ公」みたいですね。

いい事2.電源周辺の温度をあげられるので、明るくすることが出来る

同じ面積(電球の大きさ)でも、内部温度を65℃にしなくてはいけないのと、100度まで上げても良いのでは、当然、パワーをかけて光らせる(発熱)事に対する許容が違ってきます。 105℃ 2000時間の電解コンデンサでは、内部電源の周囲温度を100℃にすると、あっという間に寿命が来てしまいます。 LEDの発光効率は、年々数%の割合で上がってきていますので、待てば待つほど明るい電球は出てくると思いますが、温度を上げて使える電源がある限り、常にそのトレンドに乗った明るく小さいLED電球をお届けすることが出来るのです。


こんなに長々と書くとは思っていませんでしたが、私どものLED照明の開発にはこんな背景や思いがあるのです。 是非、、お使いいただいて、孫の代までかわいがってもらいたいと思っています。
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