JP2012043571A - 照明ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】照明ユニットの組立やメンテナンスが容易で、なおかつ信頼性に優れた接続構造を有する照明ユニットを提供すること。
【解決手段】回路基板に実装された発光源と、発光源からの光出射側とは反対側に口金が設けられた照明ユニットにおいて、口金の電極ピンが回路基板を貫通し、発光源が実装された回路基板表面で、発光源に導通する配線パターンと電気的な接続を取りながら、回路基板に直に固定される構成とし、従来技術で用いられていたリード線は使用せずとも、証明ユニットの組立やメンテナンスが容易で、なおかつ信頼性に優れた接続構造を実現した。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子を備えた照明ユニットに関する。

近年、照明器具に高輝度で半永久的な寿命を有するＬＥＤが用いられるようになってきた。しかし、この照明器具に取り付けられて、外部からの給電により照明光源を点灯させる、高輝度発光が求められる照明ユニットは、発光源のＬＥＤを高輝度にすればするほど、ＬＥＤの発熱が増大し、ＬＥＤ自体の発光効率や寿命に悪影響を及ぼすだけでなく、その発熱が照明ユニットの構成部品も劣化させるため、発光特性や耐久性に問題があった。

そのため、ＬＥＤの発熱を積極的に放熱し、放熱特性を向上させる構造がさまざま提案されている（例えば、特許文献１）。

背景技術を説明するに当たり、特許文献１に示された照明器具について図７を用いて説明する。なお、図７は、特許文献１に示された照明器具の要部断面図を示したものであるが、図中説明し易いようにその主旨を逸脱しない範囲で修正している。

図７において、１１１は照明器具、１１２は器具本体、１１３はソケット、１１４は照明ユニットである。照明器具１１１は、ダウンライト型の照明器具であり、器具本体１１２に一体的に設けたソケット１１３に、着脱自在に取付けられる照明ユニット１１４とから構成している。

図７に示すように、器具本体１１２は、金属製からなり、反射体が一体に形成されていて、円形の平板部１１７と下方に湾曲状に折り曲げられた反射板部１１８を有している。

ソケット１１３は、絶縁性を有する樹脂製の円筒状のソケット本体１２１を有し、このソケット本体１２１の円筒状部分には、照明ユニット１１４の電極ピン１４５が着脱自在に取付けられる一対の嵌合孔が設けられている。

照明ユニット１１４は、ランプ本体１３１と、ランプ本体１３１の下面側に配設される複数のＬＥＤ１３２と、このＬＥＤ１３２を覆うグローブ１３３、及びＬＥＤ１３２を点灯させる点灯回路１３４を有している。

ランプ本体１３１は、放熱性の優れたアルミニウムなどの金属から形成されており、口金部１３５を有する口金側金属部品１３８と、光源取付面１３６を有する平板状の光源側金属部品１３９とに分割形成されている。

そして、光源側金属部品１３９の光源取付面１３６側に、絶縁層を介してＬＥＤモジュール基板１４８を設け、そのＬＥＤモジュール基板１４８上に、複数のＬＥＤ１３２を設けている。

また、光源取付面１３６と反対側の面側には、点灯回路１３４を設けている。点灯回路１３４は、回路基板１４９に複数の点灯回路部品１５０を設けたものからなっている。

さらに、口金側金属部品１３８は、下方に向けて開口した平円盤状の形状をなし、環状の外周部１４０は、器具本体１１２の拡径する反射板部１１８に接触するようになってい
る。また、口金部１３５のソケット装置１１３と当接する当接面１４３には、絶縁材１４６を介して導電性を有する金属製の一対のランプピン１４５が突出している。

点灯回路１３４は、口金部１３５の内部に形成された中空部、即ち、点灯回路１３４を収納する収納部１３７内に収納される。そして、その回路基板１４９の入力部に、リード線１５１でランプピン１４５が電気的に接続され、回路基板１４９の出力部にも、リード線１５１でＬＥＤモジュール基板１４８が電気的に接続されている。

ＬＥＤ１３２を設けた光源側金属部品１３９は、ネジなどからなる熱伝導接続手段１４２を介して口金側金属部品１３８と固定される。

特許文献１によれば、以上のような構成を取ることにより、ＬＥＤ１３２の発熱した熱は光源側金属部品１３９に伝わり、更に、光源側金属部品１３９から口金側金属部品１３８へと伝わる。そして、口金側金属部品１３８と接触した器具本体１１２の反射板部１１８へと熱伝導されていく。また、口金側金属部品１３８の口金部１３５にも熱伝導され、その口金部１３５から接触する器具本体１１２に熱伝導されていく。従って、効率良く放熱されるとしている。この様にして、照明ユニット１１４のＬＥＤ１３２の温度上昇が抑制でき、ＬＥＤ１３２の発光効率を高い状態に維持できるとされている。

特開２０１０−１２９４８８号公報（第４〜５頁、図１、２）

しかしながら、図７に示された照明器具１１１においては、次のような課題を有する。従来の照明ユニット１１４は、上述したように、口金部１３５に設けられる一対の電極ピン１４５で、リード線１５１を介して点灯回路１３４の回路基板１４９と導通接続を図る構造となっている。ところが、このリード線１５１による導通接続方法は、半田付け作業等が必要となり、照明ユニット１１４の組立性に問題がある。

また、補修などで分解修理するとき、分解時に無理な力がリード線１５１に加わると半田付部分が剥がれるとか、半田付部分のリード線１５１が切断されるという状態が発生する。また、図７の構造においては、多数の点灯回路部品１５０が搭載された点灯回路１３４を補修する場合は、ネジなどの熱伝導手段１４２を取り外して光源側金属部品１３９と口金側金属部品１３８を分離する必要がある。この分離するときに、リード線１５１に無理な力が加わると、リード線１５１の半田部分が剥がれるとか、半田付部分のリード線１５１が切れるという危険がある。つまり、従来の照明ユニット１１４は、装置のメンテナンス性が非常に悪かった。

さらに、従来の照明ユニット１４１では、衝撃によりこの半田付部分が断線することに起因して、装置が故障しやすいという問題を有していた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、照明ユニットの組立やメンテナンスが容易で、なおかつ信頼性に優れた接続構造を有する照明ユニットを提供することにある。

上記の課題を解決するための手段として、本発明の照明ユニットの特徴は、回路基板に実装された発光源と、発光源からの光出射側とは反対側に口金が設けられた照明ユニット
において、口金の電極ピンが回路基板を貫通し、発光源が実装された回路基板表面で、発光源に導通する配線パターンと電気的な接続を取りながら、回路基板に直に固定されるものである。

上記構成によれば、従来技術で用いられていたリード線は使用せずに、電極ピンを直に回路基板に固定すると共に、電極ピンと回路基板の配線パターンとを板バネ等により直接導通接続する構造を取ることができるので、照明ユニットの組立やメンテナンス性が向上し、電極ピンと配線パターンとの導通が確実に行われて装置の信頼性が向上する。

本発明によれば、組立とメンテナンスが容易で、かつ電極ピンと配線パターンとの導通が確実に行われて装置信頼性が向上した照明ユニットを提供することができる。

本発明の実施形態に係る照明ユニットの斜視図で、口金側から見た斜視図である。 本発明の実施形態に係る照明ユニットの斜視図で、光源の光出射側から見た斜視図である。 図１に示された照明ユニットの回路基板の取付構造を説明する部分切り欠き断面図で、側面と一部分の要部断面を表している。 図３に示された回路基板の平面図である。 図４に示された電極ピンと回路基板との接続構造を説明する部分切り欠き断面図で、側面と一部分の要部断面を表している。 図５に示された板バネの２種類の形状を示した平面図と断面図を示したもので、図６（ａ）は２種類の板バネの平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＸ−Ｘ断面図である。 従来の照明器具の要部断面図である。

［本実施形態の照明ユニットの構成］
以下、本発明を実施するための実施形態を、図１〜図６を用いて説明する。まず、本発明に係る照明ユニットの構成について、図１、図２を用いて説明する。図１は、口金側から見た照明ユニットの斜視図である。また、図２は、光源の光出射側から見た照明ユニットの斜視図である。

図１において、１は照明ユニットで、本実施形態はダウンライトなどに適用できる照明ユニットを示している。１０は放熱ブロック、１０ａは放熱フィンである。放熱ブロック１０は略円筒状の形状をなし、外壁面から外側に向かって放射状に多数個の放熱フィン１０ａを設けている。この放熱フィン１０ａは放熱効率を高めるために、熱伝導率の高いアルミ材からなるが、押し出し材、引き抜き材やダイキャスト材などを用いるのが好適である。

４０は口金、４０ａは口金４０の口金本体部、４０ｂは口金本体部４０ａの中央に設けた突起部である。また、４１は口金４０に取付けられた一対の電極ピン、４２は絶縁ブッシュである。この口金４０は、本実施形態においては、熱伝導率の高いアルミ材を使用している。これは、ＬＥＤパッケージ２４の発熱した熱を積極的に放熱させるためで、放熱ブロック１０との接触面から口金４０に熱が伝導され、口金４０の表面から熱が放熱されるからである。この様に、口金４０にアルミ材を使用する場合は、一対の電極ピン４１間がショートしない構成とする必要がある。そこで、本実施形態においては、口金４０に絶縁ブッシュ４２を取付け、電極ピン４１は絶縁ブッシュ４２を介して口金４０に取付ける
構造とした。なお、放熱性に配慮を払う必要がない場合は、樹脂などでこの口金４０を構成することも可能である。

一対の電極ピン４１は、それぞれ絶縁ブッシュ４２を介して口金４０の口金本体部４０ａに取付けられている。この一対の電極ピン４１は、内部の回路基板と電気的に接続して外部ソケット（図省略）から電力の供給を受ける。

また、口金４０は、ＧＸ５３型の口金と等価の形状なして、ＧＸ５３型のソケットに着脱が容易な構造に形成されている。この口金４０は、放熱ブロック１０の内側に配設され、ネジを介して放熱ブロック１０に固定される。

図２において、５０はカバー、５１は止ネジである。カバー５０は、光源の光出射側に設けられ、本実施形態においては、止ネジ５１（３箇所）を介して放熱ブロック１０に固定している。このカバー５０は、例えば、ＬＥＤから出射される照明光強度をできるだけ多くしたいのであれば、透光性を有する透明部材を用いる。光拡散性を重視し、かつ内挿されるＬＥＤの存在を見え難くしたいのであれば、内部に拡散材を混入した樹脂やガラスを用いる。また、カバー５０で波長変換する場合は、内部に蛍光体を混入した材料を用いる。

次に、照明ユニット１の内部構造について説明する。図３は、上記放熱ブロック１０と回路基板２０と口金４０との取付構造を説明する部分切り欠き断面図である。

図３において、１０ｂは放熱ブロック１０の内側に突き出た基板取付部、１０ｃは基板取付部１０ｂに設けた取付穴である。本実施形態においては、基板取付部１０ｂは、放熱ブロック１０の内周面側一周にわたって突出して設けられており、基板取付部１０ｂの所に１２０°間隔に３箇所、取付穴１０ｃを設けている。１１は基板止ネジである。この基板止ネジ１１でもって、回路基板２０を放熱ブロック１０に固定する。また同時に、口金４０を放熱ブロック１０に固定する。

４０ｃは口金４０の口金本体部４０ａに設けたネジ穴である。基板止ネジ１１のネジ部と口金４０のネジ穴４０ｃとを螺合することにより、回路基板２０が放熱ブロック１０に固定されると共に、口金４０が放熱ブロック１０に固定される。

この電極ピン４１のネジ部４１ｂとナット３２の螺合において、螺合状態も導電性に影響を及ぼすので注意を要する。つまり、螺合する双方のネジの噛み合いのガタが大きすぎると導通性を不安定にする要因になるからである。したがって、ネジの噛み合いのガタを極力小さく抑えると共に、方の噛み合っている面積を大きくするように、例えばネジのピッチを小さく取って細目のネジを利用するのが好ましい。

この様に、照明ユニット１は、従来の構成の様に、回路基板２０と電極ピン４１との電気的接続を取るためのリード線が存在せずに電気的接続を確実とし、組立性とメンテナンス性に優れ、例え外部から衝撃が加わったとしても、その電気的接続が欠損することがない構成とすることができる。この電気的接続の具体例については、後段で説明する。

次に、図３、図４により、放熱ブロック１０に収容される回路基板２０の構成を説明する。図４は、回路基板２０の平面図を表したものである。

図３において、２１はメタルコア基板、２１ａはメタルコア基板２１に設けた取付穴、２２はメタルコア基板２１上に設けた絶縁膜、２４は回路基板２０に搭載する部品の一つであるＬＥＤパッケージを示している。

回路基板２０は、金属からなるメタルコア基板２１上に絶縁膜２２を設け、その表面に点灯駆動させる回路の配線パターンを設けて、図４に示すように、各種の電子部品を搭載した構成をなす。このメタルコア基板２１には、熱伝導率の高い金属基板を用いるのが好適である。例えば、その基板材料として、銅またはアルミ板などのＬＥＤパッケージ２４等の発光源が発生する熱を伝導しやすい材質で形成するのが好ましい。

また、回路基板２０の中央部には、複数のＬＥＤ２５が実装されて、光源として機能するＬＥＤパッケージ２４が搭載され、その周りにはコンデンサーや整流器、トランジスター、ダイオード、チップ抵抗器などのさまざまな電子部品２６を回路をなす配線パターン上に実装して搭載される。そして、このＬＥＤパッケージ２４は、熱伝導性の良いセラミック材やアルミ合金材からなるサブプレート上に回路を有し、その回路上に複数のＬＥＤ２５を実装されて、ＹＡＧ系の蛍光体を分散させた透光性のシリコーン樹脂で封止することで、白色光を発光する。

また、この回路基板２０には、本発明の特徴的部分である、前述の口金４０を構成する一対の電極ピン４１を、回路基板２０に直に固定するための部品が取付けられている。３１は板バネ、３２はナットである。板バネ３１とナット３２は、一対の電極ピン４１を回路基板２０に直に固定して、回路基板２０の配線パターンと電極ピン４１とに導通を図るために設けている。この板バネ３１は、銅または銅合金などが好適に用いられる。メッキなどの表面処理を施して耐蝕性を良くした状態で使用するのが好ましい。本実施形態で用いた板バネ３１は、皿バネを用いている。また、ナット３２には、導電性の面から見て、板バネ３１と同様に、導電性の優れた銅または銅合金で形成するのが好適である。

ここで、上記一対の電極ピン４１と回路基板２０の配線パターンとに導通を図る構造について、図５を用いて改めて説明する。図５は、電極ピンと回路基板との接続構造を説明する断面図である。

図５において、４１ａは棒状の電極ピン４１のソケット取付側のソケット取付部で、４１ｂはソケット取付側の反対側に設けたネジ部である。また、２１ｂはメタルコア基板２１に電極ピン４１を取付けるために設けた取付穴で、この取付穴２１ｂは、電極ピン４１に対応して一対設けられる。

回路基板２０の表面に設けられた配線パターン２３は、メタルコア基板２１の一方の表面を被覆する絶縁膜２２表面に設けられる。３３は電極ピン４１とメタルコア基板２１を絶縁するために設けた絶縁スリーブである。そして、電極ピン４１を直に回路基板２０に固定するために、メタルコア基板２１の取付穴２１ｂに絶縁スリーブ３３を設け、その絶縁スリーブ３３の穴３３ａに、電極ピン４１を取付ける。そして、電極ピン４１の先端側にあるネジ部４１ｂを、回路基板２０から突出させる。

さらに、メタルコア基板２１の取付穴２１ｂの周囲に設けた配線パターン２３に接触して板バネ３１を配設し、その上からナット３２を電極ピン４１のネジ部４１ｂに螺合させていくと、ナット３２が板バネ３１を押圧して配線パターン２３に板バネ３１が強く接触し、板バネ３１、ナット３２、電極ピン４１が固定される。このようにして、電極ピン４１が回路基板２０に固定される。

このような構造を取ることによって、電極ピン４１とナット３２がネジ部４１ｂの螺合によって導通し、ナット３２と板バネ３１とがその接触面で導通し、板バネ３１と配線パターン２３とがその接触面で導通する。かくして、ソケットから電極ピン４１に供給を受けた電力は、電極ピン４１、ナット３２、板バネ３１、配線パターン２３への流れで導通
して行く。この配線パターン２３は、発光源をなすＬＥＤパッケージ２４に接続しているので、ＬＥＤパッケージ２４へと導通する。

ここで、上記板バネ３１の具体的構成について示す。図６（ａ）は、２種類の皿バネの形状を示した上部平面図であり、同図（ｂ）が（ａ）図Ｘ−Ｘ断面図を示している。

図６では、３１ａは電極ピン４１の挿入穴で、３１ｂは切欠と、挿入穴３１ａの全周が皿バネ形状をなす板バネ３１−１と、挿入穴３１aの周り４箇所に切欠け３１ｂを設けた皿バネ形状の板バネ３１−２の構成を示している。

なお、図６に示した板バネ３１−１、３１−２は、この２種類の皿バネとして適用できるもので、図５を用いて説明した、ネジ部４１ｂをナット３２で締め付けていったときに、皿バネに所要の反力が得られる形状であれば、切欠け３１ｂの数には制限されないものである。また、本実施形態においては、配線パターン２３と導通を取る手段として皿バネの形態を用いて説明したが、必ずしも皿バネに限定するものではない。導通性を有して弾力性を有するものであれば、導通性を有する他の弾性部材として、例えばコイルバネや導電ゴムも利用できるが、部品の作り易さや導電性の面から見ると、本図に示した皿バネが一番好適である。
［効果の説明］
以上の固定構造を取ることにより、導通に係るそれぞれの構成部品は面で接触させることができる。これにより、回路基板２０の配線パターン２３と板バネ３１が面で接触し、板バネ３１とナット３２が面で接触させることができる。これにより、ナット３２と電極ピン４１とがネジの螺合面で接触し、これらの構成部品間の導通を確実に行うことができる。

また、本実施形態においては、回路基板２０に熱伝導率の高いメタルコア基板２１を用いている。そして、そのメタルコア基板２１の外周部が一周にわたってアルミなどから形成された放熱ブロック１０に固定される構造をなす。これにより、ＬＥＤ２５なる発光源の発熱した熱は、メタルコア基板２１、放熱ブロック１０へと伝わり、優れた放熱特性を得ることができる。更に、口金４０をアルミ材などから形成することにより、その放熱特性が更に向上し、発光特性の優れた照明ユニットを実現する。

さらに、本実施形態における構成よれば、従来の様に、電極ピンと回路基板との接続にリード線を用いない単純な構成を実現し、照明ユニット１の組立性、および故障等における分解時のメンテナンス性も向上するとともに、例え外部から照明ユニット１に衝撃を加わったとしても、装置が故障することがなくなり、装置信頼性が格段に向上する。

１ 照明ユニット
１０ 放熱ブロック
１０ａ 放熱フィン
１０ｂ 基板取付部
１０ｃ 取付穴
２０ 回路基板
２１ メタルコア基板
２１ａ 取付穴
２２ 絶縁膜
２４ ＬＥＤパッケージ
２５ ＬＥＤ
２６ 電子部品
３１、３１−１、３１−２ 板バネ
３１ａ 挿入穴
３１ｂ 切欠け
３２ ナット
４０ 口金
４０ａ 口金本体部
４０ｂ 突起部
４０ｃ ネジ穴
４１ 電極ピン
４２ 絶縁ブッシュ
５０ カバー
５１ 止ネジ

Claims (4)

1. 回路基板に実装された発光源と、前記発光源からの光出射側とは反対側に口金が設けられた照明ユニットにおいて、
   前記口金の電極ピンは、前記回路基板を貫通し、前記発光源が実装された回路基板表面で、前記発光源に導通する配線パターンと電気的な接続を取りながら、前記回路基板に直に固定されることを特徴とする照明ユニット。
2. 前記回路基板は、メタルコア基板であり、前記電極ピンは、前記回路基板と絶縁した状態で貫通してなることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記メタルコア基板は、金属板表面を被覆する絶縁層と、当該絶縁層の表面に形成された配線パターンとを有し、
   前記電極ピンと前記配線パターンとは、板バネで接続されていることを特徴とする請求項２に記載の照明ユニット
4. 前記電極ピンは、ＧＸ５３型口金の電極ピンであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明ユニット。

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