JP2010097939A - 光源ユニット及び照明器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の発光素子が実装された基板の均熱化を促進できる光源ユニット及びその光源ユニットを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】複数の発光素子が中央部及びその周囲部に実装された基板と、前記複数の発光素子の各々に対応する放熱手段とを有し、中央部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果がその周囲部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果より大きくするよう構成した。
【選択図】図6
【解決手段】複数の発光素子が中央部及びその周囲部に実装された基板と、前記複数の発光素子の各々に対応する放熱手段とを有し、中央部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果がその周囲部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果より大きくするよう構成した。
【選択図】図6
Description
本発明は、LED等の発光素子を用いた照明器具に適する光源ユニット及びその光源ユニットを用いた照明器具に関する。
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器具にとって、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。LEDを光源に採用した照明器具は、特許文献1に開示されている。この照明器具は、放熱性を有する取付板に基板を取り付けている。取付板は、周縁に点対称に設けられた取付部において、照明器具の本体に固定されている。基板に発生した熱は、照明器具の本体へ取付板を介して伝達される。これによって基板の放熱率は、高められている。
しかしながら、特許文献1に示された照明器具は、基板の周縁から本体へ熱を伝えている。光源が点灯された後一定時間を経過すると、基板の発熱と放熱とが均衡する。したがって、基板の温度は、全体として温度分布が均質になる。
ところが、光源を点灯した直後では、基板の中央部の温度が高くなる傾向にある。このような条件の場合、点灯と消灯とを繰り返すと、点灯直後の温度分布が不均一であることが原因となり、基板の中央部に実装された発光素子の耐用年数の短縮や特性の低下を引き起こす。例えば、基板の中央部に実装された発光素子の輝度が、その周囲部に実装された発光素子の輝度より低下してしまう。また、基板の中央部で発生した熱は、光源を点灯させてからの時間にかかわらず、もともと放熱されにくく、温度が上昇しやすい条件がそろっている。
本発明は、複数の発光素子が実装された基板の均熱化を促進できる光源ユニット及びその光源ユニットを用いた照明器具を提供することを目的とする。
請求項1に記載の光源ユニットは、複数の発光素子が中央部及びその周囲部に実装された基板と;前記複数の発光素子の各々に対応する放熱手段と;を有し、中央部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果がその周囲部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果より大きいことを特徴とする。
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定義及び技術的意味は次による。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や基板の形状には特段制限はない。中央部、周囲部は、画一的なものではない。基板や発光素子の配置形態等により把握される相対的概念である。また、例えば、放熱効果が周囲部に実装された発光素子に対応する放熱手段から中央部に実装された発光素子に対応する放熱手段に向けて漸次大きくなるような構成としてもよい。さらに、放熱手段は、反射体や配線パターン等で構成してもよく、また、特別に部材を設けて構成してもよい。さらにまた、中央部に実装された発光素子に対応する放熱手段と周囲部に実装された発光素子に対応する放熱手段との材質を変えるようにしてもよい。
請求項2に記載の光源ユニットは、請求項1に記載の光源ユニットにおいて、前記放熱手段は、反射体であり、この反射体は、複数の発光素子とそれぞれ対応する複数の入射開口と、この入射開口からの光が出射される出射開口を有し、入射開口から出射開口に向けて拡開する複数の反射面とを備え、この複数の反射面のうち、中央部に位置する反射面の面積がその周囲部に位置する反射面の面積より大きく形成されていることを特徴とする。
例えば、複数の反射面が放射状に配置されている場合には、周囲部に位置する反射面から中央部に位置する反射面に向けて漸次面積が大きくなるような構成としてもよい。
請求項3に記載の光源ユニットは、請求項1に記載の光源ユニットにおいて、前記放熱手段は、基板に銅箔で形成された配線パターンであり、この配線パターンは、複数の発光素子とそれぞれ対応して熱結合された複数のブロックを備え、中央部に実装された発光素子に対応するブロックの面積がその周囲部に実装された発光素子に対応するブロックの面積より大きく形成されていることを特徴とする。
請求項4に記載の光源ユニットは、請求項1に記載の光源ユニットにおいて、前記放熱手段は、熱伝導性の器具本体に形成されたパッドであり、このパッドは、複数の発光素子とそれぞれ対応して基板の裏面側に当接されており、中央部に実装された発光素子に対応するパッドの当接面積がその周囲部に実装された発光素子に対応するパッドの当接面積より大きく形成されていることを特徴とする。
請求項5に記載の照明器具は、請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の光源ユニットと;この光源ユニットを備える器具本体と;を具備することを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、基板の均熱化を促進できる光源ユニットを提供することができる。
請求項2に記載の発明によれば、反射体で放熱手段を構成し、基板の均熱化を促進できる光源ユニットを提供することができる。
請求項3に記載の発明によれば、配線パターンで放熱手段を構成し、基板の均熱化を促進できる光源ユニットを提供することができる。
請求項4に記載の発明によれば、器具本体に形成されたパッドで放熱手段を構成し、基板の均熱化を促進できる光源ユニットを提供することができる
請求項5に記載の発明によれば、前記各請求項に記載の光源ユニットの効果を奏する照明器具を提供できる。
本発明の第1の実施形態の光源ユニット100及び照明器具は、天井Cに埋め込むタイプのダウンライト1を一例に、図1〜図10を参照して説明する。ダウンライト1は、図1および図2に示すように、本体2と配光体3と基板4と電源ユニット5と反射体6と透光性のカバー7とを備える。
本体2は、熱伝導性の材料で底壁2aを有した筒形状に作られており、図2および図10に示すように取付部24が底壁2aに凹設されている。配光体3は、図10に示すように、本体2の取付部24の外周に取り付けられている。基板4は、図2および図10に示すように、発光素子としてのLED10が実装され、本体2に設けられた取付部24に装着されている。電源ユニット5は、図2に示すように、本体2の内部に収納された回路モジュール20を含む。反射体6は、図2および図10に示すように基板4を挟んで本体2に取り付けられる。透光性のカバー7は、図2および図10に示すように、反射体6の前方に配設されている。なお、透光性のカバー7は、白色、半透明又は拡散性を有するものであってもよい。また、図1に示すように、本体2は、端子台8を外面に有している。配光体3は、天井Cのパネルに固定するための板ばね9を一対備えている。光源ユニット100は、基板4と反射体6とで構成される。
本体2は、導電性に優れた材料、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、熱伝導性を保証できれば、本体2は、他の材料で形成してもよい。本体2は、外鉛直方向に延びる複数の放熱フィン2cを外面に有している。本体2は、底壁2aに設けられた取付部24に、中央ネジ穴2bと周囲貫通孔2dを有している。中央ネジ穴2bは、下方に向かって開いており、雌ネジが内周に形成されている。周囲貫通孔2dは、底壁2aを板厚方向に貫通している。本体2は、電源ユニット5を収納している。
電源ユニット5は、図2に示すように、2枚の回路基板20a、20bで構成された回路モジュール20と、これらの回路基板20a、20bを取り付けるための保持板20cとを備えている。この回路モジュール20は、制御用IC、トランス、コンデンサ等の電気部品21を実装しており、上方から本体2内に挿入される。その後、上方から蓋22を被せて本体2にネジ止めされることによって、回路基板20a、20bは、本体2内へ密閉状態で収納される。さらに、天板23が、蓋22の上から取り付けられる。回路モジュール20は、発光素子であるLEDが実装された基板4に電気的に接続されている。回路モジュール20は、電源回路を有しており、発光素子の点灯と消灯を制御する。電源ユニット5は、本体2の外に露出した端子台8に接続されている。端子台8は、商用電源に接続される。
配光体3は、図2に示すように、下方に向かって広がるベベル形状にABS樹脂で形成されている。配光体3は、化粧枠として環状のフランジ3aが広がった開口端部に一体に形成されており、上端部が本体2に固定されている。配光体3は、外周面に一対の板ばね9が装着されている。この板バネ9は、図10に示すように天井Cのパネルにこのダウンライト1を固定するためのアンカーとして機能する。
基板4は、図8及び図9を参照して説明する。基板4のおもて面を図8に示す。また、基板4のおもて面に形成される配線パターンのパターンとLED10の配置との関係を図9に示す。基板4は、図8及び図9に示すように、光源となるLED10を複数個、本実施形態では中央領域に3個およびその周囲部に9個の合計12個、をおもて面に表面実装方式で有している。基板4は、絶縁材であるガラスエポキシ樹脂で作られた円形の平板である。
基板4のおもて面は、図8に示すように、LED10が接続される配線パターン40によってほぼ全面が覆われている。各配線パターン40は、銅箔で形成されており、それぞれに接続されたLED10の放熱板(放熱手段)の機能も有している。したがって、図9に示されたように、配線パターン40は、各LED10が発生した熱を放熱させた場合に、基板4上の温度分布がだいたい均一になるようにブロック40-1〜40-12に分けられている。
また、基板4の裏面は、導電性に優れた材料、例えば銅層で全面が覆われている。銅層は、基板4に実装されるLED10のための回路とは絶縁されている。LED10が点灯されている間に発生する熱は、この銅層によって基板4全体に拡散され、放熱される。この銅層は、熱を拡散することによって、基板4に対して局所的に熱が加わることを防止し、基板4に加わる熱応力を均質にする。また、基板4は、レジスト層が必要に応じて適宜積層された多層をなしている。
基板4は、本体2の底壁2aに設けられた取付部24へ密着することで熱的に接合されている。このとき、基板4は、間に接着材を介在させ本体2の底壁2aと結合してもよい。接着材は、熱伝導性が良好なもの、具体的には、シリコーン樹脂系の接着材に金属酸化物等を混合したもの、が用いられる。接着材は、基板4を底壁2aに密着させるものであればよい。したがって、柔軟な単なるシート状部材や硬化樹脂等であってもよい。
なお、基板4の材料は、ガラスエポキシ樹脂以外の絶縁材を採用する場合、放熱特性が比較的良好で耐久性に優れた材料であれば、セラミック材料又は他の合成樹脂材料を適用してもよい。また、金属材料を基板4に採用する場合、熱伝導性が良好で放熱性に優れていることに加え軽量である、アルミニウム合金が適している。
また、基板4は、この基板4を本体2へ固定するために用意される中央固定手段および周囲固定手段を通すための複数の固定箇所を有している。中央固定手段を装着するために基板の中央に用意される固定箇所は、中央貫通孔4aである。周囲固定手段を装着するために基板4の周囲に用意される固定箇所は、本実施形態では3個設けられる外周貫通孔4b,4c,4dである。外周貫通孔4b,4c,4dは、中央貫通孔4aを中心に120度の間隔を空けて配置されている。
基板4は、中央貫通孔4aと各外周貫通孔4b,4c,4dとの間の同心円上に、中央部を中心とするなだらかな円弧状のスリット4sを有している。このスリット4sは、熱による基板4の伸びを吸収するための熱膨張吸収手段として用意されている。つまり、スリット4sは、中央貫通孔4aと外周貫通孔4b、中央貫通孔4aと外周貫通孔4c、中央貫通孔4aと外周貫通孔4d、をそれぞれ結ぶ線分上に、その線分と交差する方向、具体的には略直交する方向に形成されている。なお、スリットは、2つの外周貫通孔4bと4c、4cと4d、4dと4bをそれぞれ結ぶ線分上に、その線分と交差する方向、この場合は半径方向にさらに形成してもよい。
基板4は、中央貫通孔4aと外周貫通孔4b,4c,4dにおいて、中央固定手段および周囲固定手段によって本体2へ固定される。基板4は、LED10が点灯している間、熱を加えられ、LED10が消灯された後、熱を放出する、というヒートサイクルに晒される。したがって、基板4は、膨張と収縮による応力を繰り返し受ける。このとき、図8中に矢印で示す方向に作用する熱膨張による応力は、スリット4sによって緩和される。基板4に作用する応力を軽減できるため、基板4の期待されない反りや変形は、抑制される。なお、中央貫通孔4aから外周貫通孔4b,4c,4dに向かう方向以外の放射方向について、基板4は、固定されておらず自由になっているため、応力が作用する程度が小さい。
図9に示すように、銅箔で形成された配線パターン40は、絶縁性の基板4のおもて面に第1から第12の12個のブロック40-1〜40-12と、2個のリードパターン40-a、40-bで構成される。LED10-1〜10-12は、各ブロック40-1〜40-12およびリードパターン40-a,40-bのうちの2つの間に跨ってそれぞれ接続されている。配線パターン40の各ブロック40-1〜40-12とLED10-1〜10-12との位置関係を示すためにLED10-1〜10-12は、二点鎖線で表示している。LED10は、2つのグループに分かれており、それぞれ6つずつ直列に接続される。第1のグループは、LED10-1〜LED10-6によって構成され、第2のグループは、LED10-7〜LED10-12によって構成される。
第1のグループにおいて、LED10-1のアノードはリードパターン40-aに接続され、カソードは第1のブロック40-1に接続されている。LED10-1が発生する熱は、第1のブロック40-1に伝達されるように熱的に結合されている。LED10-2のアノードは第1のブロック40-1に接続され、カソードは第2のブロック40-2に接続されている。LED10-2が発生する熱は、第2のブロック40-2に伝達されるように熱的に結合されている。以下同様に、LED10-3から10-6まで直列に接続されている。
また、第2のグループにおいて、LED10-7のアノードはリードパターン40-bに接続され、カソードは第7のブロック40-7に接続されている。LED10-7が発生する熱は、第7のブロック40-7に伝達されるように熱的に結合されている。LED10-8のアノードは第7のブロック40-7に接続され、カソードは第8のブロック40-8に接続されている。LED10-8が発生する熱は、第8のブロック40-8に伝達されるように熱的に接続されている。同様にLED10-9〜LED10-12は、第8のブロック40-8〜第12のブロック40-12の間に直列に接続されている。
LED10-1〜10-12が各々発生する熱は、基板4の中央部分にこもりやすい。したがって、配線パターン40を構成するブロックのうち、基板4の中心寄りに位置するブロック40-4、40-7及び40-10の面積は、周囲に配置される他のブロックの面積より大きく形成される。つまり、中央部に位置するLED10-4、10-7及び10-10が熱的に結合されたブロック40-4、40-7及び40-10の面積を大きくし、基板4全体の温度分布が均一になるようにしている。したがって、中央部のブロック40-4,40-7,40-10の放熱能力は、その周辺部のブロックの放熱能力よりも大きい。
反射体6は、図2〜図7に示すように、基板4のおもて面側、すなわちLED10が実装された側、に配置され、白色のポリカーボネートやASA樹脂等によって形成されている。反射体6は、LED10から放射される光を配光制御し、効率的に照射する機能を有している。反射体6は、円板形状であり、基板4に実装されたLED10の各々に対応する位置に投光開口6aを設けている。本実施形態において、投光開口6aは、12個ある。
反射体6は、図10に示すように、本体2の取付部24に嵌るリング状の外周縁部6bを有している。また、各投光開口6aは、図5に示すように、放射状隔壁6cと内周隔壁6dと分割隔壁6eによって、個別に仕切られている。放射状隔壁6cは、中央部から外周縁部6bまで、それぞれ中央寄りの3つのLED10に対応する投光開口6aの間を通るように、約120度の間隔を空けて放射状に配置されている。内周隔壁6dは、中央部から外周縁部6bの間、つまり、中央寄りの3つのLED10に対応する投光開口6aとその外周に配置された9つのLED10に対応する投光開口6aとの間に、放射状隔壁6cを二分する円形に形成されている。分割隔壁6eは、各放射状隔壁6cの間に位置する内周隔壁6dから外周縁部6bまでの間に、それぞれ2つずつ設けられている。
したがって、反射体6は、6個の分割隔壁6eが形成されていることとなる。つまり、分割隔壁6eは、基板4の外周寄りに配置された9つのLED10に対応する9つの投光開口6aのうち放射状隔壁6cによって3つずつに分けられた投光開口6aを、さらに1つずつの領域に分けている。
上述の反射体6において、各投光開口6aを仕切る各隔壁、すなわち、放射状隔壁6c、内周隔壁6d及び分割隔壁6eは、図7に示すように、投光開口6aの入射側6iから出射側6oへ下方に向かって拡開した、いわゆる伏せたお椀形状の、放物面を形成している。各投光開口6aに形成された放物面は、反射面6fを構成している。放射状隔壁6c、内周隔壁6d及び分割隔壁6eは、出射側6oから見て山形に形成されている。各隔壁6c、6d、6eの尾根が成す出射側6oの形状は、平面視において、内周隔壁6dの内側の3つが図6(a)に示すように扇形の形状であり、外側の9つが図6(b)に示すように台形の形状となっている。
投光開口6aごとに形成された12個の反射面6fのうち、内周隔壁6dより内側、すなわち、中央部に位置する3個の投光開口6aの反射面6fmの1個あたりの表面積Smは、その周囲部に位置する9個の投光開口6aの反射面6fcの1個あたりの表面積Scより大きく形成されている。つまり、反射面6fmと反射面6fcとの1個あたりの面積は、Sm>Scの関係を有している。また、図6(a)及び図6(b)に代表して示すように、下方から見た平面視において、反射面6fmに対応する扇形が成す投光開口6aの投影面積S1も、反射面6fcに対応する台形が成す投光開口6aの投影面積S2よりも大きく形成されている。つまり、S1>S2の関係を有している。このように、放熱手段としての反射体6において、中央部の投光開口6aの反射面6fmの表面積およびその投影面積S1は、周囲部の投光開口6aの反射面6fcの表面積およびその投影面積S2よりも大きい。
反射体6は、図4および図7に示すように基板4に面した側の放射状隔壁6cの外周縁部6b寄りの部分にステム6hを有している。各ステム6hは、基板4に面した側からそれぞれ1つずつネジ穴6gが形成されている。ステム6hおよびネジ穴6gは、図4に示すように反射体6に合計3箇所に形成されている。
次に、基板4と反射体6とからなる光源ユニット100を本体2の取付部24に組み付ける方法は、図10を参照して説明する。なお、図10中において、板バネ9は一部省略している。図10に示すように、本体2の底壁2aに設けられた取付部24は、基板4の裏面全面が密着するように形成されている。反射体6のステム6hは、本体2の周囲貫通孔2dおよび基板4の外周貫通孔4b,4c,4dに対峙する位置に配置されている。基板4に面した反射体6の裏面、特に、反射体6の外周縁部6bの基板4側の端、投光開口6aの縁部6ai,6ao、およびステム6hは、LED10が実装された基板4のおもて面に当接する。
基板4及び反射体6は、次の手順で取付部24に固定される。まず、基板4は、本体2の下方から取付部24に嵌め込まれる。そして中央ネジ11が基板4のおもて面から中央貫通孔4aを通して底壁2aに設けられた中央ネジ穴2bにねじ込まれることによって、基板4の中央部が本体2に固定される。続いて、基板4の周囲は、3本の周囲ネジ12によって、本体2に固定される。周囲ネジ12は、本体2の上方から、底壁2aの周囲貫通孔2d、基板4の外周貫通孔4b,4c,4dを通して、反射体6の放射状隔壁6cの裏面側に設けられたステム6hのネジ穴6gに締め込まれる。このように、基板4を中央ネジ11によって底壁2aへ位置決めと仮固定を行った後、周囲ネジ12によって反射体6を固定するのと同時に基板4の固定が完了するので、組立て作業を容易に行うことができる。
中央ネジ11は、中央固定手段として機能する。中央固定手段は、基板4を本体2にしっかり固定できれば、中央ネジ11の代わりに、取付部24の中心に立てられたスタッドボルトおよびこれに締め込まれるナットのセット、または、取付部24の中心に打ち込まれるリベットなどであってもよい。また、周囲ネジ12は、周囲固定手段として機能する。周囲固定手段は、基板4の周囲および反射体6を本体2にしっかり固定できれば、周囲ネジ12の代わりに、反射体6のステム6hに立てられたスタッドボルトおよび周囲貫通孔2dを通して底壁2aの上方へ突出したスタッドボルトに閉め困れるナットのセット、または、周囲貫通孔2dと基板の外周貫通孔4b,4c,4dを通して反射体6のステム6hに打ち込まれるリベットなどであってもよい。
周囲ネジ12の締付け力は、反射体6を底壁2a側へ引っ張る方向に働く。基板4を固定する中央ネジ11と反射体6を引き寄せる周囲ネジ12との締付け力が協働して、基板4は、強固に底壁2aへ固定される。この状態において、反射体6の投光開口6aは、基板4の各LED10と対向配置されるようになっている。また、LED10が実装された基板4のおもて面は、押し当てられた反射体6の裏面に密着する。反射体6の裏面は、図4に示すように、個々のLED10を囲うように投光開口6aの縁部6ai,6aoが形成されている。これらの縁部6ai,6aoは、ステム6hと同じ高さに形成されている。したがって、反射体6は、基板4に実装されたLED10の一つ一つに対応して基板4の裏側を本体2の底壁2aの取付部24に押し当てることができる。
配光体3は、本体2に取付ネジ13によって固定されている。フランジ3aの外径は、天井Cの埋込み穴より大径である。ダウンライト1を天井Cに設置した状態で、フランジ3aは、埋込穴の周縁に下方から引っ掛かる。本実施形態のダウンライト1は、配光体3と反射体6との間に、アクリル樹脂等で作られた透光性のカバー7を有している。カバー7は、光が出射される反射体6の前方に配設されるようになっている。
以上のような構成において、電源ユニット5に通電されると、回路モジュール20に有る点灯回路が動作する。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7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6の各反射面6f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7を透過して前方に照射される。
LED10から発生する熱は、主として基板4の裏面から本体2の底壁2aへ伝わる。この熱は、本体2の端のほう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2cから放熱される。また、LED10で発生した熱は、図7に示したように基板4のおもて面を覆うように形成されている配線パターン40によっても、基板4に拡がる。反射体6の裏面は、縁部6ai,6aoおよびステム6hのほか、図4に示すように半径方向に延びたリブによっても、基板4のおもて面に当接している。基板4と反射体6との密着性が保たれているので、配線パターン40に拡がった熱は、基板4から反射体6へ伝達され、基板4から除去される。
LED10で発生した熱が、本体2および反射体6に逃がされるので、基板4の温度分布が平均化される。また、この実施形態の反射体6の中央部に位置する反射面6fmの1個あたりの表面積Smは、周囲部に位置する反射面6fcの1個あたりの表面積Scより大きく形成されている。つまり、基板4の中央部に対応する放熱面積が十分に用意されている。したがって、LED10を点灯した直後、基板4の温度分布において中央部に熱が集中しやすいとされる時間であっても、基板4の温度分布が安定する。その結果、この実施形態の照明器具であるダウンライト1は、LED10を点灯した場合に早い段階で光束が安定するとともに、LED10の耐用年数の低下を軽減できる。
加えて、反射面6fmに対応する投光開口6aの出射側6oの投影面積S1が、反射面6fcに対応する投光開口6aの出射側6oの投影面積S2よりも大きく形成されている。この点においても基板4の放熱が促進され、基板4の熱を放熱させたことによる効果が顕著に現れる。配線パターン40において、基板4の中央部に位置するLED10-4、10-7及び10-10が熱的に接合されているブロック40-4、40-7及び40-10の面積を周囲のものよりも大きくした。この点においても、基板4の中央部の放熱を促進させ、基板4の温度分布の均質化が行われている。
基板4は、LED10から発生する熱で膨張、収縮の繰り返しにより変形する虞がある。この場合でも、反射体6の裏面が基板4のおもて面に押圧当接されており、基板4に作用する熱膨張による応力は、スリット4sによって吸収することができる。したがって、基板4の反りや変形を抑制することができる。なお、スリット4sは、基板4の製造過程におけるリフロー工程においても、熱膨張による変形を抑制する機能を発揮している。
以上のように本実施形態によれば、複数のLED10が実装された基板4の均熱化を促進できる光源ユニット100及びその光源ユニット100を用いたダウンライト(照明器具)1を提供することができる。また、この実施形態によれば、基板4が反射体6によって本体2に押し当てられているので、基板4が効率よく放熱されるとともに、基板4の変形をも抑制できる。
本発明の第2の実施形態の照明器具は、ダウンライト1を例に、図11を参照して説明する。このダウンライト1は、第1の実施形態のダウンライト1とほぼ同じであり、天井Cに対する固定方法が第1の実施形態の場合と異なる。したがって、第1の実施形態のダウンライト1と同じ機能を有する構成は、図中に同じ符号を付してその説明を省略する。
このダウンライト1は、ハウジングHを介して天井Cに取り付けられる。このハウジングHは、天井Cのパネルを保持する天井根太に固定されている。ハウジングHは、天井根太の間に渡されるスライドH1と、このスライドH1に取り付けられたハルH2とを備えている。ハルH2は、内側に吊りブラケットH3を有している。
ダウンライト1の配光体3は、図11に示すように外側面にベース31と線細工バネ32を有している。線細工バネ32は、ベース31に金具33で連結されている。線細工バネ32は、自由状態でV字形に広がる弾性力を有しており、吊りブラケットH3に設けられた孔に通される。吊りブラケットH3に通された線細工バネ32の先端が広がることによって、ダウンライト1は、天井Cのパネルにフランジ3aを引っ掛けて、固定される。
このダウンライト1は、ハウジングHを介して天井Cに固定されるため、第1の実施形態のダウンライト1よりも配光体3が光の出射方向に長く作られている。また、配光体3は、本体2と同じく熱伝導性に優れたアルミニウム合金製のダイカストである。この配光体3は、第1の実施形態の配光体3よりも大きいので、その分だけ熱容量が大きいし、放熱面積も広い。配光体3は、本体2の底部に取り付けられている。配光体3は、LED10で発生した熱を本体2を介して吸熱し、放熱する。本体2と配光体3との間に熱伝達に優れた銅製ガスケットやペーストを挟み、密着面積を増やすことも好ましい。このダウンライト1は、第1の実施形態のダウンライト1よりも多くの熱を逃がすことができるので、LED10の個数を増やすなど、発熱量が増えた場合でも、その熱を逃がすことができる。
本発明の第3の実施形態の照明器具は、第1および第2の実施形態と同様に、ダウンライト1を例に、図12を参照して説明する。本実施形態のダウンライト1は、取付部24に対する基板4の取付方法が他の実施形態と異なっており、その他の構成は、第1、第2の実施形態と同じである。したがって、同じ構成に係る説明は、第1および第2の実施形態において対応する説明の箇所および対応する図面を参酌し、ここでの記載を省略する。
図12は、本体2の底壁2aに設けられる取付部24に、基板4が装着された状態を下方側から見て示す。この実施形態の本体2は、取付部24の内周の側壁に、係合ブロック26を有している。係合ブロック26は、取付部24に設けた中央ネジ穴2bを中心とする周方向に開口した凹部261を有している。また、基板4は、切欠部41と爪42とを備えている。切欠部41は、基板4を取付部24に嵌め込む際に係合ブロック26と干渉しないように基板4の一部を除去した部分である。爪42は、切欠部41から周方向に延びており、係合ブロック26の凹部261に嵌り込む。
基板4を本体2に装着する場合、取付部24の底に当接する位置まで基板4を挿入する。そして、基板4の裏面を取付部24の底に押し当てた状態で、本実施形態では時計回りに、回動させることによって、爪42を係合ブロック26の凹部261に嵌合させる。係合ブロック26は、中央ネジ穴2bに対して周囲貫通孔2dが配置された方位とほぼ同じ方位に、つまり3箇所に、設けられている。爪42が凹部261に嵌った状態で、基板4は、取付部24の底面にぴったり当っている。このように構成したことによって、基板4を本体2に取り付ける作業が簡単になる。また本実施形態の本体2および基板4は、第1の実施形態および第2の実施形態のダウンライト1のいずれにも採用することができる。
なお、第1の実施形態のダウンライト1の配光体3は、ABS樹脂製である代わりに、第2の実施形態と同様にアルミニウム合金製のダイカストで造られていてもよい。さらに、第1から第3の実施形態における反射体6は、熱伝導に優れたアルミニウム合金製のダイカストで作ってもよい。反射体6をアルミニウム合金製にすることで、基板4の表側のほぼ全面に形成された配線パターン40によってLED10から伝わった熱をさらに反射体6に積極的に伝達させることができる。そして、反射体6に伝わった熱は、さらに、配光体3に伝達することで、LED10で発生する熱を効率よく放熱させることができる。
本発明の第4の実施形態の照明器具は、上記各実施形態と同様に、ダウンライト1を例に、図13を参照して説明する。本実施形態のダウンライト1は、取付部24に対する基板4の取付構造が他の実施形態と異なっており、その他の構成は、上記各実施形態と同じである。したがって、同じ構成に係る説明は、上記各実施形態において対応する説明の箇所および対応する図面を参酌し、ここでの記載を省略する。
本体2は、底壁2aに設けられた取付部24の中央に突出した中央ボス25aと、中央ボス25aの周りに複数個配置された周囲ボス25bを有している。中央ボス25aおよび周囲ボス25bの高さは、取付部24の深さよりも低い。中央ボス25aは、下方に開いたネジ穴を有し、周囲ボス25bは、底壁2aも貫通する貫通孔を有している。また、取付部24は、LED10が配置された各位置に対応するところに、パッド25cを有している。このパッド25cは、中央ボス25aや周囲ボス25bと同じ高さに形成されており、基板4の裏面に当接する。パッド25cは、熱伝導に優れた本体2の部材と一続きに成形されており、LED10が配置された基板4の裏側に当接することによって、LED10が発生する熱を吸熱する。
さらに、中央部に実装されたLED10に対応するパッド25cは、周囲部に実装されたLED10に対応するパッド25cより、基板4との当接面積が大きくなるように形成されている。これにより、基板4の中央部の放熱効果を大きなものとしている。なお、基板4の裏側とパッド25cとの間にシリコーンや銅箔等の熱伝導性を有する物質を介在させてもよい。
基板4及び反射体6は、次の手順で取付部24に固定される。まず、基板4は、本体2の下方から取付部24に嵌め込まれる。そして中央ネジ11が中央貫通孔4aを通して中央ボス25aにねじ込まれることによって、基板4の中央部が本体2に固定される。続いて、基板4の周囲は、3本の周囲ネジ12によって、本体2に固定される。周囲ネジ12は、本体2の上方から、周囲ボス25bに開けられた貫通孔、および基板4の外周貫通孔4b,4c,4dを通して、反射体6の放射状隔壁6cの裏面側に設けられたステム6hのネジ穴6gに締め込まれる。このように、基板4を中央ネジ11によって底壁2aの位置決めと仮固定を行った後、周囲ネジ12によって反射体6を固定するのと同時に基板4の固定が完了する組立作業を容易に行うことができる。
中央ネジ11は、中央固定手段として機能する。中央固定手段は、基板4を本体2にしっかり固定できれば、中央ネジ11の代わりに、中央ボス25aに立てられたスタッドボルトおよびこれに閉め込まれるナットのセット、または、中央ボス25aに打ち込まれるリベットなどであってもよい。また、周囲ネジ12は、周囲固定手段として機能する。周囲固定手段は、基板4の周囲および反射体6を本体2にしっかり固定できれば、周囲ネジ12の代わりに、反射体6のステム6hに立てられたスタッドボルトおよび周囲ボス25bの貫通孔を通って底壁2aの上方へ突出したスタッドボルトに締め込まれるナットのセット、または、周囲ボス25bの貫通孔と基板4の外周貫通孔4b,4c,4dを通して反射体6のステム6hに打ち込まれるリベットなどであってもよい。
周囲ネジ12の締付け力は、中央ボス25aを支点として反射体6の周囲を底壁2a側へ引っ張る方向に働く。基板4を中央ボス25aに固定する中央ネジ11と反射体6を引き寄せる周囲ネジ12との締付け力が協働して、基板4は、強固に底壁2aへ固定される。この状態において、反射体6の各投光開口6aは、基板4の各LED10と対向配置されている。また、LED10が実装された基板4の表面側は、押し当てられた反射体6の裏面に密着する。
本実施形態のダウンライト1の場合、本体2の底壁2aに設けた取付部24に中央ボス25aおよび周囲ボス25bを配置することによって基板4と底壁2aとの間に空間を設けている。したがって、基板4の背面側に電子部品等の導電部材を実装してもよい。この場合でも、基板4は、本体2へ強固に固定されている。LED10が実装された側と反対側の基板4の背面側に配設される導電部材は、底壁2aから十分な絶縁距離を確保することができるので、絶縁部材を介在させる必要がない。
以上のような構成において、電源ユニット5に通電されると、回路モジュール20にある点灯回路が動作する。基板4に電力が供給されることによって、LED10が発光する。LED14から発生する熱は、基板4の裏面から中央ボス25a、周囲ボス25bおよびパッド25cを通して本体2の底壁2aへ伝わる。また、LED10で発生した熱は、基板4のおもて面を覆うように形成されている配線パターン40にも拡がり、この配線パターン40の表面から放熱される。そして、配線パターン40によって拡がった熱は、基板4の表面から反射体6の外周縁部6b、外周よりの投光開口6aの縁部6ao、ステム6hを介して反射体6にも伝わる。さらに、熱は、本体2の全体へ伝導されて拡散し、また、伝導する過程で外表面から放熱される。ここで、基板4は、LED10から発生する熱で膨張、収縮の繰り返しにより変形する虞がある。しかし、基板4の取付け強度が強固であること、反射体6の裏面が基板4の表面側に押圧当接されること、LED10で発生した熱をパッド25cを介して本体2へ効率よく逃がしていること、などの対策が施されていることによって、基板4は、変形することが抑制される。
また、この実施形態では、中央部に実装されたLED10に対応するパッド25cは、周囲部に実装されたLED10に対応するパッド25cより、基板4との当接面積が大きくなるように形成されている。つまり、基板4の中央部に対応する放熱面積が十分に用意されている。したがって、LED10を点灯した直後、基板4の温度分布において中央部に熱が集中しやすいとされる時間であっても、基板4の温度分布が安定する。その結果、この実施形態の照明器具であるダウンライト1は、LED10を点灯した場合に早い段階で光束が安定するとともに、LED10の耐用年数の低下を軽減できる。
1・・・照明器具(ダウンライト)、2・・・本体、4・・・基板、
6・・・放熱手段(反射体)、6i・・・入射開口、6o・・・出射開口、
6f・・・反射面、10・・・発光素子(LED)、
25c・・・放熱手段(パッド)、40・・・放熱手段(配線パターン)
6・・・放熱手段(反射体)、6i・・・入射開口、6o・・・出射開口、
6f・・・反射面、10・・・発光素子(LED)、
25c・・・放熱手段(パッド)、40・・・放熱手段(配線パターン)
Claims (5)
- 複数の発光素子が中央部及びその周囲部に実装された基板と;
前記複数の発光素子の各々に対応する放熱手段と;
を有し、中央部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果がその周囲部に実装された発光素子に対応する放熱手段による放熱効果より大きいことを特徴とする光源ユニット。 - 前記放熱手段は、反射体であり、この反射体は、複数の発光素子とそれぞれ対応する複数の入射開口と、この入射開口からの光が出射される出射開口を有し、入射開口から出射開口に向けて拡開する複数の反射面とを備え、この複数の反射面のうち、中央部に位置する反射面の面積がその周囲部に位置する反射面の面積より大きく形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。
- 前記放熱手段は、基板に銅箔で形成された配線パターンであり、この配線パターンは、複数の発光素子とそれぞれ対応して熱結合された複数のブロックを備え、中央部に実装された発光素子に対応するブロックの面積がその周囲部に実装された発光素子に対応するブロックの面積より大きく形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。
- 前記放熱手段は、熱伝導性の器具本体に形成されたパッドであり、このパッドは、複数の発光素子とそれぞれ対応して基板の裏面側に当接されており、中央部に実装された発光素子に対応するパッドの当接面積がその周囲部に実装された発光素子に対応するパッドの当接面積より大きく形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源ユニット。
- 請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の光源ユニットと;
この光源ユニットを備える器具本体と;
を具備することを特徴とする照明器具。
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