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JPWO2012020646A1 - 照明器具 - Google Patents

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JPWO2012020646A1
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真一 神代
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Abstract

本発明は、発光素子を光源とし、この光源からの光が出射される光出射部（２３）を有するとともに、少なくとも外殻（２１）の一部が熱伝導性を有して前記発光素子と熱的に結合された発光モジュール（２）と、この発光モジュール（２）の背面側に設けられ、前記外殻（２１）の一部と熱的に結合されたヒートシンク（３）と、前記発光モジュール（２）の光出射部（２３）の周囲を囲み、光の照射方向に向かって拡開する反射面を備えた熱伝導性を有する配光部材（４）と、この配光部材（４）と前記外殻（２１）の一部とを接続して外殻（２１）から配光部材（４）へ熱を伝達する接続部材（５）と、を備える照明器具（１）である。

Description

本発明の実施形態は、光源としてＬＥＤ等の発光素子を用い、その発光素子の放熱性を向上できる照明器具に関する。
ＬＥＤ等の発光素子は、その温度が上昇するに従い、光の出力が低下する。また、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器具にとって、耐用年数を延したり発光効率等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必要である。
このため、ＬＥＤを光源に採用した照明器具において、ＬＥＤから発生する熱を器具本体に伝熱したり、器具本体に外気を流通させたりして放熱性を向上することが試みられている。また、これら照明器具では、ＬＥＤから出射される光を目的とする方向に照射するために、配光部材（例えば、反射板）によって配光制御がなされる。
特開２００６−１７２８９５号公報 特開２００８−１８６７７６号公報
しかしながら、上記従来の照明器具においては、配光部材を有効に利用して放熱効果の向上を図るものではない。
本発明は、配光部材を有効に利用し、発光モジュールの前面側及び背面側から放熱を促進し、発光素子の温度上昇を効果的に抑制する照明器具を提供することを目的とする。
本発明の照明器具は、発光素子を光源とし、この光源からの光が出射される光出射部を有するとともに、少なくとも外殻の一部が熱伝導性を有して前記発光素子と熱的に結合された発光モジュールを備えている。また、発光モジュールの背面側に設けられ、前記外殻の一部と熱的に結合されたヒートシンクと、前記発光モジュールの光出射部の周囲を囲み、光の照射方向に向かって拡開する反射面を備えた熱伝導性を有する配光部材とを具備している。そして、接続部材によって、配光部材と前記外殻の一部とを接続して外殻から配光部材へ熱を伝達する。
本発明によれば、配光部材を有効に利用し、発光モジュールの前面側及び背面側から放熱を促進し、発光素子の温度上昇を効果的に抑制する照明器具を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る照明器具を示す斜視図である。 同照明器具における配光部材及び接続部材の右半分を断面にして示す側面図である。 同照明器具を下方側から見て示す平面図である。 同照明器具における発光モジュール及び接続部材を示す斜視図である。 同照明器具における接続部材を示す平面図である。 同照明器具における接続部材を示す背面図である。 同照明器具における接続部材を示す側面図である。 同照明器具を上方側から見て示す平面図である。 図８中において接続部材と配光部材との接触状態を網掛けして示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明器具において図８に相当する平面図である。 図１０中において接続部材と配光部材との接触状態を網掛けして示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明器具を示す斜視図である。 同照明器具における配光部材及び接続部材の右半分を断面にして示す側面図である。 同照明器具における接続部材を示す平面図である。 同照明器具における接続部材を示す側面図である。 本発明の第４の実施形態に係る照明器具における配光部材及び接続部材の右半分を断面に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器具について、図１乃至図８を参照して説明する。なお、各図において同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態の照明器具は、天井に埋め込んで設置するタイプのダウンライト１であり、図１及び図２に示すように、発光モジュール２と、ヒートシンク３と、配光部材４と、接続部材５と、図示しない電源ユニットとを備えている。また、配光部材４の外周側には、一対の取付け用板ばね６が装着されている。なお、図２においては、ヒートシンク３に形成された放熱フィン３１、取付け用板ばね６の図示を省略している（以降の図１３及び図１６においても同様）。
図４に代表して示すように、発光モジュール２は、略直方体形状の外殻（housing）２１と、この外殻２１内に配設された基板と、この基板に実装された光源としての発光素子と、この発光素子の前面側に設けられた蛍光体薄膜層２２とを備えている。因みに、この発光モジュール２には、例えば、フィリップス社製のＬＥＤダウンライトモジュールが適用できる。
発光素子は、表面実装型のＬＥＤであり、このＬＥＤが複数個基板に実装されている。ＬＥＤは、白色系の光を出射させるために、青色の光を発するものが用いられている。また、基板を覆うように円形状の蛍光体薄膜層２２が設けられている。この蛍光体薄膜層２２には、白色光を出射できるようにするために、青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。したがって、蛍光体薄膜層２２の前面側が光出射部２３として構成され、ＬＥＤから出射された光は蛍光体薄膜層２２を通過して光出射部２３から白色系の光となって外部に放射される。
外殻（housing）２１は、少なくとも一部、例えば、両側面２１ａ及び背面２１ｂが熱伝導性を有するアルミニウム等の金属材料で形成されている。外殻２１は、発光素子から発生する熱が伝導するように、基板を介して発光素子と熱的に結合されている。なお、外殻２１の一面にはＬＥＤに電力を供給する電源線が導入される電源線導入口２４が形成されている。
図１に示すように、ヒートシンク３は、略短円筒状をなしている。ヒートシンク３には、外周に熱伝導性を有する金属製の多数の放熱フィン３１が鉛直方向に延びて形成されている。また、中央部には、送風機構３２が内蔵され、送風機構３２は、ダイヤフラムを電磁コイルによって振動させ、これによって空気を強制的に放熱フィン３１に流通させる。ヒートシンク３は、前記外殻２１の背面２１ｂに接触するように熱的に結合されて取付けられている。因みに、このヒートシンク３には、例えば、Ｎｕｖｅｎｔｉｘ社製のＳｙｎｊｅｔ ＤＭＬ冷却器が適用できる。
主として図２に示すように、配光部材４は、光出射部２３から出射される光の照射方向、すなわち、前面側へ向かうに従い拡開する略傘状に形成される。配光部材４は、光出射部２３の周囲を円形状に囲むように設けられている。また、その内周面が曲面状の反射面として構成されている。
より詳しくは、配光部材４は、発光モジュール２の光出射部２３側に位置する第１の配光部材４１と、光の照射開口（照射方向）側に位置する第２の配光部材４２と、がねじ止めされ組合わされて構成されている。第１の配光部材４１は、アルミニウム等の熱伝導性が良好な金属材料から形成されており、表面に白色の塗装が施されている。また、内周面は、断面がＲ形状をなして反射面４１ａが形成されている。
第２の配光部材４２は、ポリカーボネートやＡＢＳ樹脂等の合成樹脂材料から形成されており、白色を呈している。また、内周面は、断面がＲ形状をなして反射面４２ａが形成されていて、第１の配光部材４１の反射面４１ａと連続するように形成されている。
しかし、第１の配光部材４１の反射面４１ａと第２の配光部材４２の反射面４２ａの曲率半径Ｒは異なっている。例えば、第１の配光部材４１の反射面４１ａの曲率半径Ｒは８０ｍｍであり、第２の配光部材４２の反射面４２ａの曲率半径Ｒは１００ｍｍである。したがって、第１の配光部材４１の反射面４１ａの曲率（１／Ｒ）は、第２の配光部材４２の反射面４２ａの曲率（１／Ｒ）よりも大きく設定されている。
また、第２の配光部材４２には、前面側に向かうに従い拡開する略円形の開口端部に、化粧枠として外周方向に延びる環状のフランジ４２ｂが一体に形成されている。
このように構成された配光部材４は、前面側に向かって拡開する曲面状の反射面４１ａ、４２ａの形態によって、光出射部２３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。
図５乃至図７に代表して示すように、接続部材５は、熱伝導性を有する材料から作られており、例えば、冷間圧延鋼板から全体的には略コ字状に形成されて白色の塗装がなされている。接続部材５は、相対向する一対の側面壁５１と、この側面壁５１間を繋ぐ背面壁５２とを備えている。一対の側面壁５１及び背面壁５２は、略長方形状に形成されている。側面壁５１における下辺側の略中央部には、一対の取付片５３が、側面壁５１と直交する方向であって外側方向に延出して形成される。一対の取付片５３は、ねじ貫通孔５３ａを有している。また、背面壁５２には、前記発光モジュール２の電源線導入口２４と対向する位置に開口５２ａが形成されている。
このように構成された接続部材５は、図１、図２及び図４に示すように、一対の側面壁５１が発光モジュール２の両側面２１ａに密着するようにねじ止めされて取付けられている。さらに、接続部材５では、一対の取付片５３が第１の配光部材４１の背面側の上面に配置されて、取付ねじによって配光部材４に取付けられる。取付ねじは、取付片５３のねじ貫通孔５３ａを貫通して、さらに第１の配光部材４１のねじ貫通孔を貫通し、第２の配光部材４２のねじ穴にねじ込まれる（図２参照）。
したがって、配光部材４は、接続部材５によって発光モジュール２の光出射部２３側に取付けられる。この場合、接続部材５の一対の側面壁５１は、発光モジュール２の両側面２１ａに面接触し、また、取付片５３は、配光部材４、すなわち、第１の配光部材４１に面接触している。これらによって、発光モジュール２からの熱を第１の配光部材４１へ効果的に伝達することができる。なお、図９は、取付片５３が第１の配光部材４１に面接触している領域を網掛けして示している。
図示しない電源ユニットは、電源に接続され、電源回路や接続端子を備えており、発光モジュール２と電気的に接続される。具体的には、電源ユニットと発光モジュール２とは、発光モジュール２の電源線導入口２４から導出される電源線によって接続される。この電源線を介して発光モジュール２には電力が供給される。
このようなダウンライト１の設置にあたっては、天井面の埋込み穴に電源ユニット側から挿入され、天井面の裏側に埋込まれた状態で取付け用板ばね６によって支持される。この場合、第２の配光部材４２のフランジ４２ｂは、天井面の埋込み穴より大径であり、ダウンライト１が天井面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。
次に、電源から電源ユニットに通電されると、発光モジュール２の基板に電力が供給されることによって、発光素子が発光する。各発光素子から蛍光体薄膜層２２を透過して出射された光の多くは、前方（直下方向）に照射される。また、一部の光は、配光部材４の反射面によって配光制御されて前方に照射される。
ここで、第１の配光部材４１の反射面４１ａの曲率（１／Ｒ）は、第２の配光部材４２の反射面４２ａの曲率（１／Ｒ）よりも大きく設定されている。したがって、各発光素子から蛍光体薄膜層２２を透過して出射され、反射面４１ａに反射された光は直下方向（利用方向）に効率よく照射される。仮に、第１の配光部材４１の反射面４１ａの曲率（１／Ｒ）が第２の配光部材４２の反射面４２ａの曲率（１／Ｒ）と同じ又は大きい場合には、反射面４１ａに反射された光は反射面内で乱反射する可能性があり、光の利用効率を低下させてしまう虞が生じる。
発光素子の発光中は熱が発生する。発光素子から発生する熱は、主として発光モジュール２の外殻２１における両側面２１ａ及び背面２１ｂへ伝導される。そして、背面２１ｂへ伝導された熱は、ヒートシンク３へ伝導され、多数の放熱フィン３１に伝わってこの部分で放熱される。また、両側面２１ａへ伝導された熱は、接続部材５の一対の側面壁５１から取付片５３へ伝導され、第１の配光部材４１へと伝導され前面側から放熱される。
つまり、発光素子から発生する熱は、発光モジュール２の前面側及び背面側から効果的に放熱され、発光素子の温度上昇を抑制することが可能となる。また、この前面側からの放熱に際し、配光部材４を有効に利用することができる。加えて、通電によってヒートシンク３の送風機構３２から配光部材４へ向かって図２の矢印で示す方向に送風され、放熱フィン３１、第１の配光部材４１が強制的に冷却されるので、発光素子の温度上昇の抑制を確実なものとすることができる。
また、配光部材４は、第１の配光部材４１を熱伝導性が良好な金属材料で形成し、第２の配光部材４２を合成樹脂材料で形成したので、放熱性の促進を確保しつつ、軽量化して所定の配光制御が実現できる。
なお、発光モジュール２の光出射部２３側に位置する第１の配光部材４１の反射面４１ａの反射率を第２の配光部材４２の反射面４２ａの反射率より高く形成するのが好ましい。第１の配光部材４１の反射面４１ａの反射率を高くすることにより、反射面４１ａに反射された反射光が乱反射によって再び光出射部２３に戻る割合が軽減できる。これによって光の利用効率の低下や出射光の色温度の変化を抑制できる。第１の配光部材４１の反射面４１ａの反射率を高くする場合には、例えば、反射面４１ａに鏡面加工等を施すことによって実現できる。
さらに、第１の配光部材４１と第２の配光部材４２の双方をアルミニウム等の熱伝導性が良好な金属材料によって形成してもよい。また、第１の配光部材４１と第２の配光部材４２とを一体的に形成してもよい。これらの場合には、発光モジュール２から伝導される熱の放熱性を高めることができる。
さらにまた、本実施形態では、ヒートシンク３に送風機構３２を内蔵したものについて説明したが、送風機構３２は必ずしも必要ではない。放熱フィン３１による放熱面積の増大等によって放熱性能を満足できる場合があるからである。
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明器具について、図１０及び図１１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、略コ字状に形成された接続部材５における一対の側面壁５１、背面壁５２の各壁５１、５２の下辺側から取付片５４を形成したものである。取付片５４は、各壁５１、５２と直交する方向であって外側方向に延出している。各壁５１、５２から延出する取付片５４は、第１の配光部材４１の背面側の上面の外周縁まで延びていて弧状に形成されている。
したがって、取付片５４は、各壁５１、５２から延出していることと相俟って、図１１に示すように取付片５４が第１の配光部材４１に面接触している領域Ｓの面積を増大させることができる。このため、発光モジュール２から配光部材４への熱伝導を高めることができる。
また、この場合、取付片５４は、第１の配光部材４１の上面の外周縁まで延びているが、その径寸法は、ヒートシンク３の外径寸法より小さくなっている。このため、ダウンライト１の設置にあたって、天井面の埋込み穴に挿入しやすいという効果が期待できる。
なお、取付片５４は、第１の配光部材４１の上面の面積の半分以上の領域で面接触していることが好ましい。
次に、本発明の第３の実施形態に係る照明器具について、図１２乃至図１５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、ヒートシンク３と配光部材４とを接続して、ヒートシンク３から配光部材４へ熱を伝達する接続部材７を備えている。
基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。本実施形態の照明器具は、発光素子を光源とし、この光源からの光が出射される光出射部２３を有するとともに、少なくとも外殻２１の一部が熱伝導性を有して発光素子と熱的に結合された発光モジュール２と、この発光モジュールの背面側に設けられ、前記外殻２１の一部、具体的には背面２１ｂと熱的に結合されたヒートシンク３とを備えている。また、発光モジュール２の光出射部２３の周囲を囲み、光の照射方向に向かって拡開する反射面を有する熱伝導性を有する配光部材４を備えている。
そして、前記ヒートシンク３から配光部材４へ熱を伝達する接続部材７を備えて構成されている。
接続部材７は、熱伝導性を有する材料から作られており、例えば、冷間圧延鋼板から円筒状に形成されて白色の塗装がなされている。接続部材７の内径寸法は、ヒートシンク３の外形、すなわち、放熱フィン３１の外周径の寸法と略同じ寸法に形成されている。また、円筒状の下端側には、複数（４個）の取付片７３が設けられている。各取付片７３は、ねじ貫通孔７３ａを有している。各取付片７３は、略９０°の間隔を空けてそれぞれ対向するように、円筒と直交する方向であって内側方向に延出して形成されている。
このように構成された接続部材７は、図１２及び図１３に示すように、発光モジュール２の外周を所定の間隙Ｇを有して覆うように、かつ放熱フィン３１の外周にその内周面が接触するようにして放熱フィン３１にねじ止めされて取付けられる。
一方、各取付片７３は、第１の配光部材４１の背面側の上面に設けられて、取付ねじによって配光部材４に取付けられる。取付ねじは、取付片７３のねじ貫通孔７３ａを貫通して、さらに第１の配光部材４１のねじ貫通孔を貫通し、第２の配光部材４２のねじ穴にねじ込まれる。
このような構成において、発光素子の発光中は熱が発生する。発光素子から発生する熱は、主として発光モジュール２の外殻２１における両側面２１ａ及び背面２１ｂへ伝導される。そして、背面２１ｂへ伝導された熱は、ヒートシンク３へ伝導され、多数の放熱フィン３１に伝わってこの部分で放熱される。また、多数の放熱フィン３１に伝わった熱は、この放熱フィン３１に接触する接続部材７に伝導され、面積の広い円筒で放熱されるとともに、取付片７３から第１の配光部材４１へと伝導され前面側から放熱される。
このように、発光素子から発生する熱は、発光モジュール２の前面側及び背面側から効果的に放熱され、発光素子の温度上昇を抑制することが可能となる。また、この前面側からの放熱に際し、配光部材４を有効に利用することができる。さらに、面積の広い円筒の接続部材７で放熱性を高めることができる。
加えて、通電によってヒートシンク３の送風機構３２から配光部材４へ向かって図１３の矢印で示すように、間隙Ｇを流通して効率的に送風され、放熱フィン３１、接続部材７、第１の配光部材４１が強制的に冷却されるので、発光素子の温度上昇の抑制を確実なものとすることができる。
次に、本発明の第４の実施形態に係る照明器具について、図１６を参照して説明する。なお、第３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、第３の実施形態の構成に加え、発光モジュール２と円筒状の接続部材７とを熱伝導的に接続する第２の接続部材８を設けたものである。
第２の接続部材８は、熱伝導性を有する材料から作られており、例えば、冷間圧延鋼板を折曲して形成されている。第２の接続部材８は、円筒状の接続部材７の内面側に取付けられる取付片８ａと、発光モジュール２側に取付けられる取付片８ｂとを備えている。
第２の接続部材８は、一対設けられている。第２の接続部材８は、取付片８ａが円筒状の接続部材７の内面側に溶着等によって取付けられ、取付片８ｂが発光モジュール２の側面２１ａにねじ止めによって取付けられている。
このような構成において、発光素子から発生する熱は、主として発光モジュール２の外殻２１における両側面２１ａ及び背面２１ｂへ伝導される。そして、背面２１ｂへ伝導された熱は、ヒートシンク３へ伝導され、多数の放熱フィン３１に伝わってこの部分で放熱される。また、多数の放熱フィン３１に伝わった熱は、この放熱フィン３１に接触する接続部材７に伝導され、面積の広い円筒で放熱されるとともに、取付片７３から第１の配光部材４１へと伝導され前面側から放熱される。
さらに、発光モジュール２の外殻（housing）２１における両側面２１ａの熱は、第２の接続部材８に伝導され、この熱は円筒状の接続部材７に伝導され放熱される。また、同時に、接続部材７から放熱フィン３１、第１の配光部材４１へと伝導され放熱が促進される。
したがって、発光モジュール２の外殻２１における両側面２１ａ及び背面２１ｂから熱の放熱経路が形成され放熱効果の向上を図ることができる。
なお、本発明は、上記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。発光モジュールやヒートシンクは、上記実施形態の構成に格別限定されるものではない。例えば、発光モジュールの外殻は直方体形状や円筒状に形成されたものを適用できる。
また、発光モジュールに設けられる発光素子には、ＬＥＤやＥＬ素子等の固体発光素子が適用できる。
１・・・照明器具（ダウンライト）、２・・・発光モジュール、３・・・ヒートシンク、４・・・配光部材、５、７・・・接続部材、２３・・・光出射部、３２・・・送風機構、４１・・・第１の配光部材、４１ａ・・・第１の配光部材の反射面、４２・・・第２の配光部材、４２ａ・・・第２の配光部材の反射面、５１・・・側面壁、５２・・・背面壁、５３・・・取付片。

Claims (7)

  1. 発光素子を光源とし、この光源からの光が出射される光出射部を有するとともに、少なくとも外殻の一部が熱伝導性を有して前記発光素子と熱的に結合された発光モジュールと、
    この発光モジュールの背面側に設けられ、前記外殻の一部と熱的に結合されたヒートシンクと、
    前記発光モジュールの光出射部の周囲を囲み、光の照射方向に向かって拡開する反射面を備えた熱伝導性を有する配光部材と、
    この配光部材と前記外殻の一部とを接続して外殻から配光部材へ熱を伝達する接続部材と、
    を具備することを特徴とする照明器具。
  2. 前記接続部材は、一対の側面壁と、この側面壁間を繋ぐ背面壁とを有していて、これら各壁から配光部材と面接触する取付片が延出されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
  3. 前記配光部材は、光の照射方向に向かって拡開する曲面状の反射面を備えており、この反射面は、発光モジュールの光出射部側に位置する反射面と、光の照射方向側に位置する反射面との曲率が異なっていて、光出射部側に位置する反射面の曲率が光の照射方向側に位置する反射面の曲率より大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
  4. 前記ヒートシンクは、配光部材へ向かって送風する送風機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
  5. 発光素子を光源とし、この光源からの光が出射される光出射部を有するとともに、少なくとも外殻の一部が熱伝導性を有して前記発光素子と熱的に結合された発光モジュールと、
    この発光モジュールの背面側に設けられ、前記外殻の一部と熱的に結合されたヒートシンクと、
    前記発光モジュールの光出射部の周囲を囲み、光の照射方向に向かって拡開する反射面を備えた熱伝導性を有する配光部材と、
    この配光部材と前記ヒートシンクとを接続してヒートシンクから配光部材へ熱を伝達する接続部材と、
    を具備することを特徴とする照明器具。
  6. 前記配光部材は、光の照射方向に向かって拡開する曲面状の反射面を備えており、この反射面は、発光モジュールの光出射部側に位置する反射面と、光の照射方向側に位置する反射面との曲率が異なっていて、光出射部側に位置する反射面の曲率が光の照射方向側に位置する反射面の曲率より大きく設定されていることを特徴とする請求項５に記載の照明器具。
  7. 前記ヒートシンクは、配光部材へ向かって送風する送風機構を備えていることを特徴とする請求項５に記載の照明器具。
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