JP5583834B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤと記す）、Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（以下ＥＬと記す）等を光源とし、該光源を駆動する駆動回路を備える照明装置に関する。

近年、ＬＥＤを光源とする照明装置が様々な用途、形状で開発されている。その特徴として長寿命、低消費電力という利点がある。しかし、照明装置に求められる光量が大きくなるにつれて、光出力を高くするために複数のチップＬＥＤを高密度に集積したＬＥＤや、高出力型のＬＥＤが光源として用いられる場合がある。

そういった場合において、光出力や消費電力の増大に伴って光源や光源を駆動する駆動回路部に実装される、ＩＣ，抵抗，ダイオード等の駆動電流が流れることにより発熱する発熱部品からの、発熱量は大きくなる。特に、発熱部品からの発熱の影響により、駆動回路部に実装される発熱部品を含む駆動回路部への熱的負荷が高まり、それに伴う駆動回路部の劣化や故障に繋がるという問題が生じる。このためＬＥＤやＥＬ等を光源とする照明装置では、駆動回路部に実装される発熱部品からの熱を効率的に放熱する必要があった。

従来、ＬＥＤ照明の放熱のための構造として、例えば光源であるＬＥＤを配置した基板を取り付けた金属製のベースと、金属製の放熱部と一体に形成された光源取り付け面を面接触させる構造が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−７３４７８号公報

特許文献１では、光源であるＬＥＤからの熱の放熱効率を向上させる構造についての記載がなされている。

本発明の照明装置は、光源と、前記光源を駆動し、発熱部品を実装する駆動回路部と、前記発熱部品からの熱を放熱する放熱部と、前記駆動回路部を内部に収容し、前記放熱部の内面から離隔して固定する固定部と、前記放熱部と別体として形成され、熱伝導性を有する伝熱部とを備える照明装置において、前記固定部は、前記発熱部品に対向する面が部分的に切り取られた形状をしており、前記伝熱部は、前記固定部の切り取られた部分に設けられ、一面が前記発熱部品に対向し、前記一面に対向する他面が前記放熱部の内側の壁面に接続されて前記発熱部品からの熱を前記放熱部へ伝導するようにしてあることを特徴とする。

本発明の実施の形態１に係る照明装置の外観図である。 図１の照明装置の分解斜視図である。 図１の要部横断面図である。 図１の要部縦断面図である。 図４における透光部の要部拡大縦断面図である。 図２における駆動回路部の要部拡大斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る照明装置の要部横断面図である。 本発明の実施の形態３に係る照明装置の要部横断面図である。 図８の放熱部の要部縦断面図である。 特許文献１に記載の照明装置の要部縦断面図である。

（実施の形態１）
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る照明装置１００の外観図であり、図２は図１の照明装置１００の分解斜視図であり、図３は図１の照明装置１００の要部横断面図であり、図４は図１の照明装置１００の要部縦断面図であり、図５は図４における透光部の要部拡大縦断面図であり、図６は図２における駆動回路部の要部拡大斜視図である。

実施の形態１に係る照明装置１００は、図２に示すように光源である複数のＬＥＤモジュール１１が実装された光源モジュール１と、光源モジュール１を覆うドーム状の透光部２と、光源モジュール１を駆動するための複数の駆動回路部品３１、３１、３１、…を有する駆動回路部３と、光源モジュール１と駆動回路部３が実装する発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…が発する熱を放熱するための放熱部４と、駆動回路部３に電気的に接続され外部電源に接続される円筒状の口金部５と、口金部５と放熱部４とを連結する連結体６と、光源モジュール１が取り付けられ放熱部４に固定される放熱板７と、駆動回路部３を放熱部４内部に固定して収容するための固定部８と、駆動回路部３から放熱部４に熱を伝導するための熱伝導部材９とを備えている。

光源モジュール１は、図２、図４に示すように、円盤状の光源基板１２上に、本照明装置１００の光源であるＬＥＤモジュール１１を実装し、ＬＥＤモジュール１１を実装しない側の面にて放熱板７に設置し、ねじ（図示せず）で取り付けてある。ＬＥＤモジュール１１は、例えば、ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子を封止し、蛍光体が分散された封止樹脂と、入力端子及び出力端子とを備えてなる表面実装型ＬＥＤである。光源モジュール１で発生した熱は、放熱板７の周縁から外部の空気中へ放熱するか、または放熱板７から放熱部４に伝導し、該放熱部４を通して外部の空気中へ放熱することができる。

放熱板７は、図２、図４に示すように透光部２側の面７１の周縁には、溝状の取付溝７２が設けてあり、面７１の周縁部には三箇所のねじ用穴７１ａ、７１ａ、７１ａが設けてある。透光部２は外縁２ａを取付溝７２に嵌合した状態で、接着剤で接合することで放熱板７に取り付けられる。また放熱板７の放熱部４側の面７３の周縁には、後述する放熱部４の係合溝４２に係合するための凹凸形状の係合部７４が設けてある。

放熱部４は、例えばアルミニウム等の熱伝導性の高い金属性材料からなり、口金部５を接続する方から透光部２の方（垂直方向）へかけて放熱部４の断面が拡径するような円筒形状をなしている。

放熱部４の、透光部２に近い側の端部の周縁には鍔部４１が設けてあり、該鍔部４１の放熱板７に対向する側の周面には先述の係合部７４と係合することで放熱板７に固定するための溝状の係合溝４２が設けてある。さらに鍔部４１の内側周縁において、三箇所に垂直方向に設けてあるねじ用穴４３ａ、４３ａ、４３ａを有するボス部４３が設けてある。放熱部４と放熱板７を係合溝４２と係合部７４を係合させ、ねじ用穴７１ａ、７１ａ、７１ａとねじ用穴４３ａ、４３ａ、４３ａを整合させた状態で、放熱板７を放熱部４にねじで固定する。

放熱部４の外周面には、垂直方向に長い複数の放熱溝４４、４４、４４、…が形成され、放熱部４に伝わった熱は、放熱溝４４、４４、４４、…の表面を介して外部の空気中に放熱することができる。

図３、図４に示すように、放熱部４は、内部に収容部４５として空洞が形成されており、ＬＥＤモジュール１１へ所要の電力を供給するための駆動回路部３を収容している。また、収容部４５には、駆動回路部３を収容部４５内で放熱部４の内側の壁面に隔離して固定するための固定部８が設けられている。固定部８は、電気絶縁性を有する樹脂等の材料製であり、収容部４５へ挿入可能な口金部５の側から透光部２側へ拡径する略円筒形状をなしている。

駆動回路部３は、固定部８内側の嵌合部８１、８１に駆動回路部３の縁部３２ａを嵌合させることにより固定部８に固定され収容部４５へ挿入される。その際固定部８の周縁に設けられた位置決め部８２、８２、８２と放熱部周縁に設けられたボス部４３、４３、４３とが当接することにより放熱部４の周方向に対する固定部８の位置決めがなされる。また固定部８は、放熱部４の内側の底面に形成された支持凸部４６と固定部８の放熱板７側の枠に設けられた突起８３、８４とにより放熱部４の長手方向に対する位置決めがなされる。

また固定部８は、駆動回路部品３１、３１、３１、…を構成する発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…および発熱部品以外の回路部品３１ｂ、３１ｂ、３１ｂ、…と、放熱部４の内周面との間を固定部８が塞がないように、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…および回路部品３１ｂ、３１ｂ、３１ｂ、…に対向する面が部分的に切り取られたような形状をなしている。これにより駆動回路部品３１、３１、３１、…からの熱は、固定部８に妨げられることなく放熱部４に伝導することができる。

放熱部４の内部には、駆動回路部３の発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…に対向し、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…に近接するような面４７ａを有する凸型の伝熱部４７が、放熱部４の内側の壁面に形成されている。発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…と伝熱部４７の面４７ａの近接する間隔Ｇは、後述する熱伝導部材９が挿入できる程度の３ｍｍから５ｍｍである。伝熱部４７は、例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属性材料からなり、これは放熱部４と同材料で一体型であってもよいし、別体として接着剤等で放熱部４の内側の壁面に接続されていてもよい。

伝熱部４７を別体として形成する場合には、伝熱部４７に放熱部４と比較して軽量である材料を用いることにより、収容部４５の一部に伝熱部４７を形成することによる照明装置１００の重量化を抑制することができる。

発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…が伝熱部４７の面４７ａに、対向して近接させるように収容部４５に駆動回路部３を収容することで、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…から発生した熱が速やかに伝熱部４７に伝導し、従来技術に比べ収容部４５内での熱の滞留時間が短くなる。従って、収容部４５内での温度上昇を軽減でき、これにより各駆動回路部品３１、３１、３１、…やＬＥＤモジュール１１、その他部品への熱的負荷が軽減できる。

図２、図４に示すように、放熱部４の口金部５側には、放熱部４と口金部５との間に連結体６が設けられており、連結体６は放熱部４と口金部５を連結する。連結体６は樹脂等の等の電気絶縁性を有する材料製であり、所要の電力を口金部５から駆動回路部３に供給するための電源線（図示せず）を通すため略円筒型をなしている。

連結体６は放熱部４と接続するための放熱部接続部６１と、放熱部接続部６１と一体的に形成され口金部５を保持する口金接続部６２とからなる。放熱部４の連結体６側の面における周縁の内側の三箇所には、放熱部４と連結体６を接続するためのねじ用穴４８、４８、４８があり、同様に放熱部接続部６１の周縁に設けられたねじ用穴６１ａ、６１ａ、６１ａとねじ（図示せず）により放熱部４と放熱部接続部６１は接続されている。口金接続部６２は外周面にネジ加工が施してあり、口金部５の内周面と螺合して口金部５と接続されている。

口金部５は、内側に空洞５１を有しており、一端側が開口し、他端側は底を有している。口金部は外周面に電球ソケットと螺合して外部の電源と電気的に接続するためのネジ加工が施されている一極端子５２と、口金部５の底面に設けられた他極端子５３とからなる。一極端子５２と他極端子５３とは絶縁されている。

また図３、図４に示すように、伝熱部４７の面４７ａと発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…との間には、高い熱伝導性と電気絶縁性を有し柔軟性のあるシート状の熱伝導部材９（例えば、シリコーンゲルシート）が伝熱部４３と発熱部品３１ａに接するように設置されている。

熱伝導部材９は、電気絶縁性を有しているので、駆動回路部３と伝熱部４７が短絡することを防ぐことができる。また、熱伝導部材９は柔軟性を有するので、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…と伝熱部４７の面４７ａに密着させることで周部に熱を逃がさず、さらに高い熱伝導率を有するので発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…から発生する熱を、収容部４５内の空気を介して放熱部４に伝導するよりも効率的に放熱部４に熱伝導し放熱部４から効率的に放熱することができる。

透光部２は、図４、図５に示すように乳白色のガラス製であって、光源モジュール１からの光射出方向側を覆うようなドーム型の形状をなしている。透光部２の内側表面２ｂには、透光部に衝撃等の負荷がかかった際に透光部の飛散を防止するための飛散防止膜２１が塗布してある。飛散防止膜２１は、シリコーンゴム系合成樹脂等からなる膜基材２１ａと光源モジュール１からの光を拡散する拡散材２１ｂを混合して塗布される。
拡散剤２１ｂは、例えば、結晶構造を有し、光学的性質が、屈折率が大きく、光吸収能が小さく、光散乱能が高いものであればよい。拡散剤として、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、炭酸カルシウム、二酸化珪素等が用いられる。

また、膜基材２１ａに、拡散剤２１ｂに加えて又は拡散剤２１ｂに代えて蛍光体を添加してもよい。蛍光体として、例えば、イットニウムが用いられる。なお、本実施の形態において、飛散防止膜２１の膜厚は、約３０（μｍ）である。また、本実施の形態においては、膜基材２１ａとしてシリコーンゴムを用いているが、これに限定されず、衝撃によりカバー４が破損したときに破片が飛散しないように、破断することなく伸びることが可能な材料製であればよく、弾性又は延性を有する材料製であればよい。

飛散防止膜２１は、透光部内側表面２ｂに吹き付けて全面に散布した後、１００℃で予備乾燥にかけた後、１５０℃で焼き付けて固着させる。なお膜基材２１ａと拡散材２１ｂは混合せずそれぞれ別々に重ねて塗布することもできる。飛散防止膜２１は、塗布した際にＬＥＤモジュール１１からの光量が低下しない性質を有することが好ましい。なお飛散防止膜２１の塗布面は透光部２の内側表面２ｂに限ったものではなく、外側表面または両面であってもよい。さらに、透光部２には、ポリカーボネート等の合成樹脂等を用いることもできる。

飛散防止膜２１によって、透光部２に落下の衝撃等による負荷がかかった際に、飛散防止膜２１を構成する膜基材２１ａが有する延性により、透光部２の破片が飛散することを防止できる。さらに、光源であるＬＥＤモジュール１１からの光は、透光部２の内側表面に塗布された飛散防止膜２１に入射し、入射した光は飛散防止膜２１を構成する拡散剤２１ｂにより拡散されつつ透過して、透光部２から出射する。このように光を拡散させて照射させることにより、ＬＥＤのように光指向性の強い光源を用いる場合に生じる眩しさ（グレア）を低減させることが可能となる。

駆動回路部は、紙フェノール、またはガラスエポキシ等からなる基板３２の両面に駆動回路部品３１、３１、３１、…を実装している。基板３２の、伝熱部４７の面４７ａに近接する側の面には、駆動回路部品３１を構成する複数の発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…（例えばブリッジダイオード、ＩＣ、抵抗、ダイオード等）が実装されており、反対側の面には、駆動回路部品３１を構成する発熱部品以外の回路部品３１ｂ、３１ｂ、３１ｂ、…が実装されている。

発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…は、図６に示すように、垂直方向に長いシート状の熱伝導部材９が覆うことを容易にするために、垂直方向に列状に並んで配置されている。

なお、全部の発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…を基板３２の伝熱部４７の面４７ａに近接する側の面に配置する必要はなく、一部であっても良い。その際、少なくとも基板３２の伝熱部４７の面４７ａに近接する側の面に実装された発熱部品からの発熱量が、他方の面に実装された発熱部品からの発熱量より大きくなるように、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…を振り分けて配置する。

発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…を基板３２の伝熱部４７の面４７ａに近い面へ集めることで、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…を熱伝導部材９に接触させ、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…をから発生する熱を直接熱伝導部材９へ伝え、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…からの熱が収容部４５内の空気に伝導して収容部４５内にとどまることを抑制し、熱伝導部材９から伝熱部４７へとより効率的に伝導することができる。

また基板３２の両面に回路部品を実装可能とする構成とすることによって基板３２の面積を有効に活用でき、基板３２を大型化させることなく駆動回路部品３１、３１、３１、…を実装することが可能となるので、駆動回路部３を小型にまとめることができる。

また、駆動回路部３を構成する基板３２は収容部４５の形状に合わせて、駆動回路部品３１、３１、３１、…の実装面の水平方向の幅が口金部５の方に向かって狭く、透光部２の方に向かって広い形状となっている。基板３２の口金部５側の端部３２ｂの幅は、口金部５内部の空洞５１の水平方向の幅よりも狭く、口金部５の内部に基板３２の端部３２ｂを収容することができるので、有効に収容部４５の空間を利用することが可能となり、照明装置１００全体の小型化に寄与している。
また、駆動回路部３と口金部５は、電源を駆動回路部３に供給するために電源線（図示せず）で接続されている。

（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２に係る照明装置１１０の、要部横断面図である。なお、実施の形態１と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

実施の形態２に係る照明装置１１０は、実施の形態１の放熱部４と同様に、放熱部４の内部に駆動回路部３を収容できる収容部４５を有する。収容部４５には、放熱部４の内周面から収容部４５の一部を埋めるように、略半円柱状の伝熱部４９が形成されている。

また収容部４５には、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…が伝熱部４９の面４９ａに対向して近接するように、駆動回路部３が固定部８に固定されながら収容されている。発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…と、伝熱部４９の面４９ａが近接する間隔Ｇは３ｍｍから５ｍｍである。

さらに、実施の形態１と同様に、駆動回路部３と伝熱部４９の面４９ａとの間に、熱伝導部材９が発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…と伝熱部４９の面４９ａに接するように挿入されている。

伝熱部４９は例えばアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製材料からなり、放熱部４と同材料でも別材料でもよいし、放熱部４と一体に形成されていても別体として接着剤などで放熱部４に接続されていてもよい。また、伝熱部４９の軽量化を図るために、伝熱部４９内部に空洞や穴等を施してもよい。

伝熱部４９の形状を放熱部４の内周面から収容部４５の一部を埋めるような略半円柱状とすることで、実施の形態１のような凸型の伝熱部４７を形成する際に生じる伝熱部４７と放熱部４の内周面との段差を埋められ、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…に近接する面４９ａの面積を拡大できる。これにより、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…に近接する面の幅に合わせて発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…を配置する必要がない。従って、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…の位置が面４９ａと平行方向にずれても、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…を伝熱部４９の面４９ａと近接させることができる。また、伝熱部４９の体積を伝熱部４７の体積よりも増大させることができるので、伝熱部４７よりも熱抵抗を低減でき、照明装置１１０の温度上昇を軽減させることができる。

（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３に係る照明装置１２０の要部横断面図であり、図９は図８の放熱部の要部縦断面図である。なお、実施の形態１と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

実施の形態３に係る照明装置１２０は、伝熱部４９において、実施の形態２と同じく図８に示すような略半円柱状である。放熱部４の内側には垂直方向に、深さ０．５ｍｍから２ｍｍ、幅０．５ｍｍから２ｍｍの溝状の複数の凹凸で形成された吸熱溝４１０が形成されている。なお、放熱部４の内側の吸熱溝４１０は伝熱部４９の面４９ａにおける熱伝導部材９と接触する部分には施されていない。なお放熱部４の内側の吸熱溝４１０の形状は放熱部４の内側壁面の表面積を増大させることが目的であるので、垂直方向の凹凸の溝に限定されるものではなく、水平方向の凹凸の溝、凹部、凸部、または格子状の溝等であってもよいし、寸法も上記に限ったものではない。

上述の放熱部４の内側壁面の吸熱溝４１０により、放熱部４の内側の表面積を拡大することができ、収容部４５内の空気との接触面積が広がり、発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…から発生する熱を吸収する面積が増加することで放熱部４への伝導効率を向上させることができ、収容部４５内の温度上昇を軽減することができる。なお、前記放熱部４の内側壁面の吸熱溝４１０は実施の形態３のみならず実施の形態１および実施の形態２にも用いることが可能であり、同様の効果を得ることができる。

放熱部４の内部壁面には全面に黒色塗料（図示せず）を塗布してある。黒色塗料には赤外線の吸収効率が高い塗料（例えばカーボンが入った塗料）を使用している。これにより、放熱部４が発熱部品３１ａ、３１ａ、３１ａ…から発生した放射熱を吸収する効率が上がり、速やかに放熱部から外気中へ放熱することで収容部４５内の温度上昇を軽減することができる。なお、黒色塗料はカーボンが入った塗料に限定するものではなく、ラッカー等でもよく、黒色に限らず暗色系（例えば深灰色）の塗料であってもよい。また、前記黒色塗料は実施の形態１および実施の形態２にも用いることが可能であり、同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４に係る照明装置を説明する。なお、上述した実施の形態１から３に係る照明装置と同様の構成については説明を省略し、実施の形態４の照明装置が有する特徴部分についてのみ説明する。

実施の形態４に係る照明装置は、実施の形態１から３の照明装置のように発熱部品を近接させて発熱部品からの熱を放熱部に伝導させる伝熱部を有しておらず、駆動回路部に実装された発熱部品を直接放熱部の内側壁面に近接させるようにして収容部に駆動回路部を収容することにより、発熱部品から発生した熱を速やかに放熱部へ伝導させることができ、効率的に放熱部から放熱することを可能とするものである。

なお、前記発熱部品と前記放熱部の内側壁面の間に、熱伝導性の高い熱伝導部材を介装していることが好ましい。上記実施の形態で説明した通り、熱伝導部材を介装することによって、発熱部品からの発熱をより効率よく放熱部に伝導させることが可能となる。

以上説明したように、前記発熱部品を前記放熱部の内側壁面に近接させることで、該発熱部品から発生した熱が速やかに前記放熱部の内側壁面から該放熱部に伝導し、従来技術に比べ前記収容部内での熱の滞留時間が短くなる。従って、前記収容部内での温度上昇を軽減でき、前記駆動回路部品や、光源、その他部品への熱的負荷を軽減できる。

以上、実施の形態１、２、３、および４において、光源としてＬＥＤを採用した形態を例示して説明したが、これに限られるものではなく、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）等でもよい。また照明装置の形態として、電球型の照明装置の形態を例示したが、本発明は既存の電球型の照明装置に限られるものではなく、ダウンライトやシーリングライト等のほかの形状の照明装置にも適用することが可能である。

１ 光源モジュール
３ 駆動回路部
４ 放熱部
９ 熱伝導部材
３１ａ 発熱部品
４５ 収容部
４７ 伝熱部
４９ 伝熱部
４１０ 吸熱溝

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源を駆動し、発熱部品を実装する駆動回路部と、
   前記発熱部品からの熱を放熱する放熱部と、
   前記駆動回路部を内部に収容し、前記放熱部の内面から離隔して固定する固定部と、
   前記放熱部と別体として形成され、熱伝導性を有する伝熱部とを備える照明装置において、
   前記固定部は、
   前記発熱部品に対向する面が部分的に切り取られた形状をしており、
   前記伝熱部は、
   前記固定部の切り取られた部分に設けられ、
   一面が前記発熱部品に対向し、前記一面に対向する他面が前記放熱部の内側の壁面に接続されて前記発熱部品からの熱を前記放熱部へ伝導するようにしてあることを特徴とする照明装置。
2. 前記伝熱部は、
   前記固定部の切り取られた部分を埋めるように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記固定部は、
   電気絶縁性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記伝熱部は、
   前記放熱部と比較して軽量である材料からなることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の照明装置。