JP2011070878A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、基板と装置本体との密着性を良好なものとし、発光素子の温度上昇を抑制するとともに、基板の変形を抑制することができる照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、熱伝導部２ｂを有する装置本体２と、この熱伝導部２ｂに裏面側が配設され、表面側に発光素子１０が実装された基板４と、この基板４の周縁部と対応する複数個所に配置される固定手段８によって前記装置本体２に取付けられ、前記熱伝導部２ｂとの間に基板４を挟み込む取着部材３とを備える照明装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた照明装置に関する。

ＬＥＤ等の発光素子は、その温度が上昇するに従い、光の出力が低下し、耐用年数も短くなる。このため、ＬＥＤやＥＬ素子等の固体発光素子を光源とする照明装置にとって、耐用年数を延したり発光効率の特性を改善したりするために、発光素子の温度が上昇するのを抑制することが重要である。

また、この種の照明装置において、基板を装置本体に取付ける場合、基板は、複数個所をねじ等を用いて直接装置本体に固定される。発光素子は、使用中に熱が発生する。基板は、その点灯している間に熱を帯び、消灯されると放熱する。基板は、このヒートサイクルによって膨張、収縮を繰り返し、応力を受ける環境下にある。基板が熱で反ったり変形したりすることによって、半田部分にクラックが生じる虞がある。

一方、特許文献１には、反射体の固定とともに、反射体と装置本体の底壁との間に基板を挟み込み、基板を固定することが開示されている。具体的には、反射体の中央裏面部にねじ受けボスを形成している。このねじ受けボスに上方からねじ込まれる取付けねじによって、反射体を固定するとともに、基板を固定している。

したがって、特許文献１によれば、基板をねじ等を用いて直接装置本体に固定するものではないため、基板が受ける応力を軽減できる効果を有する。

特開２００９−６４６３７号公報（段落［００３１］）

しかしながら、特許文献１に示されたものは、反射体の中央裏面部の１箇所でねじ受けボスによって、基板の中央部を装置本体の底壁に固定するものである。そのため、基板の周縁部において、装置本体の底壁との密着性が悪く、発光素子の温度上昇を効率的に抑制できない虞がある。加えて、基板の周縁部において、装置本体の底壁との密着性を良好なものとするには、反射体の周縁部の高さ寸法を調整する等の微妙な成形が必要となる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、簡単な構成で、基板と装置本体との密着性を良好なものとし、発光素子の温度上昇を抑制するとともに、基板の変形を抑制することができる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の照明装置は、熱伝導部を有する装置本体と；この熱伝導部に裏面側が配設され、表面側に発光素子が実装された基板と；この基板の周縁部と対応する複数個所に配置される固定手段によって前記装置本体に取付けられ、前記熱伝導部との間に基板を挟み込む取着部材と；を具備することを特徴とする。

本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の技術的意味及び解釈は次による。発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等の固体発光素子である。発光素子の実装は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって実装するのが好ましいが、本発明の性質上、実装方式は特に限定されない。また、発光素子の実装個数には特段制限はない。

基板は、絶縁材で形成する場合には、セラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。また、金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。しかし、基板の材料は特段限定されるものではない。また、基板の周縁部とは、基板の周縁端のみを意味するものではない。基板の周縁端を含み、一定の広がりを有する範囲を意味する。

取着部材とは、照明装置を構成するために必要な構成部材を意味し、取着部材としては、例えば、発光素子から出射される光を配光制御する配光部材や反射体等が適用できる。

請求項２に記載の照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記取着部材は、発光素子が実装された基板の周囲を囲むように配設され、発光素子から出射される光を配光制御する配光部材であることを特徴とする。

請求項３に記載の照明装置は、請求項２に記載の照明装置において、前記配光部材は、熱伝導性を有する材料によって形成されていることを特徴とする。この構成によって放熱効果を高めることが可能となる。

請求項４に記載の照明装置は、請求項２又は請求項３に記載の照明装置において、基板の表面側には、発光素子と対応する反射面を有する反射体が配設されており、この反射体は、前記基板の中央部と対応する個所に配置される固定手段によって前記装置本体に取付けられ、前記熱伝導部との間に基板を挟み込むことを特徴とする。この構成によって、基板を配光部材と反射体との両者で熱伝導部との間に挟み込むことができ、基板の熱伝導部への密着性を高めることができる。

請求項１に記載の発明によれば、簡単な構成で、基板と装置本体との密着性を良好なものとし、発光素子の温度上昇を抑制するとともに、基板の変形を抑制することができる照明装置を提供できる。

請求項２に記載の発明によれば、取着部材として配光部材を適用することにより、基板と装置本体との密着性を良好にでき、発光素子の温度上昇を抑制し、基板の変形を抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、一層放熱効果を高めることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は請求項３に記載の発明の効果に加え、基板を配光部材と反射体との両者で熱伝導部との間に挟み込むことができるので、基板の熱伝導部への密着性を高め、放熱効果の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示し、一部を図４のＣ−Ｘ線に沿って切断して示す正面図である。 同じく、一部を図４のＣ−Ｙ線に沿って切断して示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る照明装置の反射体を示す斜視図である。 同照明装置を下方から見た平面図である。 同照明装置の基板、配光部材及び反射体の取付状態を拡大して示す断面図である。 同照明装置の反射板を取外し、一部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置の基板、配光部材及び反射体の取付状態を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る照明装置について図１乃至図６を参照して説明する。図は、照明装置として天井Ｃに埋め込んで使用されるダウンライト１を示している。ダウンライト１は、図１に示すように、装置本体２と、この装置本体２に連結された電源ユニット２０とを有する。

装置本体２は、熱伝導性を有してほぼ筒状に形成されている。この本体２は、本体２の内側に取付けられた取着部材である配光部材３と、同じく本体２の内側に取付けられ、光源である発光素子としてのＬＥＤ１０（図２参照）が複数個実装された基板４と、反射体５と、反射体５の前方に配設された透光性のカバー６とを備えている。また、本体２の外周側の３箇所には、取付け用板ばね７が装着されている。なお、透光性のカバー６は、白色、半透明又は拡散性を有するものであってもよい。

本体２は、内周面が下方に向かって広がる傾斜状に形成されている。本体２は、熱伝導性の良好な材料、例えば、アルミニウム合金製のダイカストで形成されている。本体２の外面は、白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。なお、熱伝導性を確保できれば、本体２は、他の材料で形成してもよい。また、本体２の外面には、鉛直方向に延びる複数の放熱フィン２ａが形成されている。さらに、本体２は、基板４の裏面側が密着して配設される熱伝導部２ｂを有している。この熱伝導部２ｂの内面側は、平坦面に形成され円形状である。

配光部材３は、本体２の内周面に沿うように形成されている。つまり、本体２の内周面と同様に、下方に向かって広がる傾斜状に形成されている。配光部材３は、熱伝導性を有する例えば、鉄板等の金属材料で形成されている。配光部材３の内周面は、白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。配光部材３には、下方に向かうに従い広がったほぼ円形の開口端部に、化粧枠として外周方向に延びる環状のフランジ３ａが一体に形成されている。また、配光部材３には、ほぼ円形の上端開口端部に、内周方向に向かう環状のフランジ３ｂが一体に形成されている。この環状のフランジ３ｂが本体２の熱伝導部２ｂに固定される。

このように構成された配光部材３は、基板４の周囲を囲むように配設されている。配光部材３は、下方に向かって広がる傾斜状の形態によって、複数のＬＥＤ１０から出射される光を配光制御する機能を有する。例えば、グレアを抑制する機能を有する。

基板４は、ほぼ円形の板状をなし、図２及び図４に示すように、表面側には、光源となるＬＥＤ１０が表面実装方式で複数個実装されている。具体的には、中央部に４個、その周囲に８個、さらに最外周に１４個の合計２６個が実装されている。基板４は、ガラスエポキシ樹脂のほぼ円形の平板である。基板４は、本体２の熱伝導部２ｂと熱的に結合されるようになっている。なお、基板４の材料は、絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。また、金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。

基板４の表面側には、白色のポリカーボネートやＡＳＡ樹脂等によって形成された反射体５が配設されている。反射体５は、ＬＥＤ１０から放射される光をＬＥＤ１０ごとに個別に配光制御し、効率的に照射する機能をなしている。

図３及び図４に示すように、反射体５は、円板状をなし、各隔壁５ｓの稜線部によって複数の入射開口５ｉが形成されている。具体的には、ＬＥＤ１０と対向して２６個の入射開口５ｉが形成されている。反射体５の外周にはリング状に外周縁部５ｂが形成されている。中央部には４個の入射開口５ｉ、その周囲には８個の入射開口５ｉ、さらにその周囲の最外周には１４個の入射開口５ｉが形成されている。また、入射開口５ｉを通過した光が出射する出射開口５ｏが形成されている。入射開口５ｉから出射開口５ｏにわたる各隔壁６ｓによって、ほぼ椀状の反射面５ｆが形成されている。この反射面５ｆは、入射開口５ｉから出射開口５ｏ、すなわち、稜線部に向かって拡開しており、各入射開口５ｉごとにひとつの反射面５ｆを構成している。

次に、図５及び図６を参照して、基板４の熱伝導部２ｂへの取付状態について詳細に説明する。基板４は、その裏面側が熱伝導部２ｂの内面側に密着するように配設される。配光部材３の環状のフランジ３ｂには、フランジ３ｂの内周側に向かって開放するほぼＵ字状の切欠部３ｃが適宜間隔を空けて複数形成されている。この切欠部３ｃには、固定手段である取付けねじ８の軸部が通過し、頭部が引っ掛かって係止される。熱伝導部２ｂには、ねじ穴２ｃが形成されている。取付けねじ８は、切欠部３ｃを介してねじ穴２ｃにねじ込まれる。配光部材３は、取付けねじ８によって、複数個所が熱伝導部２ｂに固定される。

一方、基板４の周縁部は、配光部材３の環状のフランジ３ｂと熱伝導部２ｂの内面側との間に配置されている。このため、配光部材３を熱伝導部２ｂに固定することにより、基板４は、環状のフランジ３ｂと熱伝導部２ｂの内面側との間に挟み込まれて固定される。この状態では、基板４に直接的に固定手段が作用することはない。基板４の周縁部が環状のフランジ３ｂに押圧されて、基板４の裏面側が熱伝導部２ｂに密着して固定される。なお、図６に示すように、熱伝導部２ｂに円柱状の突起２ｄを複数形成し、この突起２ｄにより基板４の位置決めや動きを規制するようにしてもよい。つまり、突起２ｄは、基板４の周縁部に形成された貫通孔を通過し、切欠部３ｃに嵌まる。したがって、突起２ｄは、基板４の固定を補充する機能を有する。

反射体５は、基板４の表面側に配設されている。反射体５の中央裏面側には、ねじ穴５ａが形成されている。反射体５は、ねじ穴５ａにねじ込まれる固定手段である取付けねじ９によって熱伝導部２ｂに固定される。取付けねじ９は、熱伝導部２ｂ及び基板４の中心部を通って、ねじ穴５ａにねじ込まれる。取付けねじ９の締付け力は反射体５を熱伝導部２ｂ側へ引っ張る方向に働く。したがって、反射体５の裏面側のリブ５ｂが基板４の表面側に当接し、基板４の表面側を押圧するようになる。

この場合、基板４は、反射体５の裏面側と熱伝導部２ｂの内面側との間に配置されている。このため、反射体５を熱伝導部２ｂに固定することにより、基板４は、反射体５の裏面側と熱伝導部２ｂの内面側との間に挟み込まれる。したがって、この場合も基板４に直接的に固定手段が作用することはない。この反射体５の熱伝導部２ｂへの固定は、上述の配光部材３による基板４の熱伝導部２ｂへの固定を補強する機能を有する。

図１に示すように、電源ユニット２０は、電源回路２１、電源端子台２２及びアーム状の取付部材２３を備えている。取付部材２３は、前記装置本体２へ取付けられる固定部２３ａと、この固定部２３ａにヒンジ２３ｃを介して連結された取付部２３ｂとから構成されている。この取付部２３ｂの下面側には、電源回路基板を含む電源回路２１が取付けられている。電源回路基板には、制御用ＩＣ、トランス、コンデンサ等の電気部品が実装されている。電源回路基板は、ＬＥＤ１０が実装された基板４に電気的に接続されている。電源回路基板の電源回路２１によってＬＥＤ１０は点灯制御される。また、取付部２３ｂの下面側後部には、商用電源に接続され電源回路２１に給電する電源端子台２２が取付けられている。取付部材２３の固定部２３ａは、前記装置本体２の上部にねじ等の固定手段によって取付けられている。

ダウンライト１は、図１に破線で示す天井面Ｃの埋込み穴に電源ユニット２０側から挿入される。そして、天井面Ｃの裏側に埋込まれた状態で、取付け用板ばね７の弾性力を伴って支持される。この場合、配光部材３の環状のフランジ３ａは、天井面Ｃの埋込み穴より大径である。それゆえダウンライト１が天井面Ｃに設置された状態で埋込み穴の周縁に下方から引っ掛かるようになっている。なお、取付部材２３の後端側には支持脚２３ｄが設けられている。この支持脚２３ｄは天井面Ｃの裏面に当接して取付部材２３を支える。

以上のような構成において、電源ユニット２０に通電されると、電源回路２１が動作する。基板４に電力が供給されることによって、ＬＥＤ１０が発光する。各ＬＥＤ１０から出射された光の多くは、カバー６を透過して前方に照射される。一部の光は、各ＬＥＤ１０に対応する反射体５の各反射面５ｆでいったん反射されることによって配光制御され、透光性のカバー６を透過して前方に照射される。さらに、この前方に照射された光は、配光部材３によって全体的に配光制御されて照射される。

ＬＥＤ１０から発生する熱は、主として基板４の裏面側から本体２の熱伝導部２ｂへ伝わる。この熱は、本体２の端の方まで全体へ伝導されるとともに、伝導する過程で放熱フィン２ａから放熱される。配光部材３は、基板４の周縁部と熱的に結合されている。配光部材３は、熱伝導性を有する金属材料で形成されているので、基板４の周縁部から熱が良好に伝導される。また、配光部材３は、下方に向かって広がる傾斜状に形成されているため、その放熱面積が大きく、放熱が効果的に行われる。加えて、反射体５の裏面側のリブ５ｂが基板４の表面側に当接されているので、基板４からの熱は、反射体５へも伝導され放熱される。

以上のように本実施形態によれば、配光部材３は、基板４の周縁部に対応する複数個所に配置される取付けねじ８によって、熱伝導部２ｂに固定される。それゆえ、基板４の裏面側は、熱伝導部２ｂに良好に密着して熱が伝導される。配光部材３は、熱伝導性を有し、基板４と熱的に結合し、放熱面積が大きいので放熱が効果的に行われる。

また、基板４の固定にあたっては、基板４は直接的に固定されない。基板４の固定は、配光部材３及び反射体５の固定によって、基板４を配光部材３及び反射体５と、熱伝導部２ｂとの間に挟み込んで行われる。したがって、両者により基板４の熱伝導部２ｂへの密着性は高まる。また、基板４は、使用中に熱による膨張、収縮を繰り返すが、応力を緩和でき、基板４が熱で反ったり変形したりすることによる半田部分のクラックを抑制することができる。

さらに、基板４を固定するための専用の固定手段、すなわち、専用の取付けねじ等が不要となり、部品点数を削減できる。また、組立工程も簡素化できる。加えて、配光部材３は、図６に代表して示すように、基板４の表面側から固定手段である取付けねじ８によって取付けることができるので、取付け作業が行いやすい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置について図７を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。本実施形態では、基板４の周縁部の複数個所に取付けねじ８の貫通孔４ａを形成するものである。したがって、取付けねじ８は、その軸部が切欠部３ｃ通過し、貫通孔４ａを通過して、熱伝導部２ｂのねじ穴２ｃにねじ込まれる。

このような構成によっても基板４の周縁部は、配光部材３のフランジ３ｂと熱伝導部２ｂとの間に挟み込まれて固定される。第１の実施形態と同様な効果を奏することが可能となる。

本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。上記実施形態においては、取着部材として配光部材を用いる場合について説明したが、取着部材としては、例えば、反射体を用いるようにしてもよい。反射体を用いる場合には、基板の周縁部と対応して、反射体の周縁部を固定手段によって熱伝導部に固定する。そして、基板を反射体と熱伝導部との間に挟み込むようにすればよい。

さらに、上記実施形態においては、装置本体と電源ユニットとをそれぞれ別に構成し、両者を連結する形態について説明したが、装置本体と電源ユニットとは、一体化するように構成してもよい。

１・・・照明装置（ダウンライト）、２・・・装置本体、２ｂ・・・熱伝導部、
３・・・取着部材（配光部材）、４・・・基板、５・・・反射体、
８・・・固定手段（取付けねじ）、９・・・固定手段（取付けねじ）、
１０・・・発光素子（ＬＥＤ）

Claims (4)

1. 熱伝導部を有する装置本体と；
   この熱伝導部に裏面側が配設され、表面側に発光素子が実装された基板と；
   この基板の周縁部と対応する複数個所に配置される固定手段によって前記装置本体に取付けられ、前記熱伝導部との間に基板を挟み込む取着部材と；
   を具備することを特徴とする照明装置。
2. 前記取着部材は、発光素子が実装された基板の周囲を囲むように配設され、発光素子から出射される光を配光制御する配光部材であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記配光部材は、熱伝導性を有する材料によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 基板の表面側には、発光素子と対応する反射面を有する反射体が配設されており、この反射体は、前記基板の中央部と対応する個所に配置される固定手段によって前記装置本体に取付けられ、前記熱伝導部との間に基板を挟み込むことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照明装置。

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