JP6055458B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
Dを覆うようにして球状のグローブを設けて、LEDからの光を外部に拡散・放出してい
る。このような照明装置では、LEDからの熱を基台に伝熱し、基台の外気に接している
他の表面(放熱面)から外部へと放熱している。
と同程度の全光束(LEDが発する光の明るさの程度を示す尺度)の実現が求められてい
る。
けLEDからの発熱量が増加する。LEDが発する熱は、LEDの素子自体や、電源回路
等の回路基板等に影響を与え、これらLEDの素子や回路基板等の性能に劣化が生じるこ
とになるので、照明装置の放熱性能を向上させるためには、基台の放熱面の表面積を増加
させる必要がある。
る。
れる中空の伝熱部材と、前記光源と、前記外面の少なくとも一部とを、前記外面に沿って
覆う導光部材とを備える。
図1は、第一の実施形態に係る照明装置100の構成図である。なお、図1(a)は照
明装置100の外形図、図1(b)は図1(a)における軸(A−A線)を含む面で照明装
置100を切断した断面図、図1(c)は図1(a)における矢印X方向に照明装置100
を俯瞰した図、図1(d)は図1(b)における破線で囲まれた領域(S1)の拡大図であ
る。
される場合を想定する。また、この際、重力方向を下側、照明装置100を基準に天井方
向を上側と定義する。
光が出射するグローブ部10と、照明装置100を、図示しないソケットに対して、例え
ば螺合等により固定する際に、電気的かつ機械的な接続部分となる口金部20を備える。
なお、本実施形態においては、照明装置100は、図1(a)における軸を中心に対称形
状を有する。以下では、この軸(照明装置100の対称軸)を照明装置100の中心軸と
呼ぶ。
着された状態では、照明装置100は口金部20が上側に位置し、グローブ部10が下側
に位置する。室内の電源等によりソケットに対して給電されると、グローブ部10の表面
から光が出射し、照明装置100は照明として機能する。
グローブ部10は、図1(b)に示すように、中空の伝熱部材11と、伝熱部材11の
形状に沿って、伝熱部材11を覆うように設けられる導光部材12と、伝熱部材11の表
面に載置される光源13と、導光部材12と接触し導光部材12を介して光源13に対向
して設けられる第1部材14とを備える。
部の熱を導光部材12に伝熱する部材である。伝熱部材11は、例えば図1に示すような
一般的な電球形状を有する。具体的には、伝熱部材11は、図中に示すように球状の頭部
11aと、円錐台形状の胴部11bとが一体に形成されている。胴部11bは中心軸方向の
一端に開口を有する。なお、伝熱部材11の材質としては、例えばアルミニウム等の熱伝
導性に優れる金属材料を用いることが好ましい。また、伝熱部材11の内部には空気が満
たされているが、大気圧よりも低い減圧雰囲気であってもよい。以下では、伝熱部材11
の中空側の面を第1内面、この第1内面とは反対の面を第1外面(表面)と定義する。
する。導光部材12の形状としては、伝熱部材11と同様に、球状の頭部12aと円錐台
形状の胴部12bとを有する。以下では、導光部材12の伝熱部材11の第1外面に直接
的、または後述のシート(図示せず)を介して間接的に接触する面を第2内面、この第2
内面とは反対の面を第2外面(表面)と定義する。導光部材12の第2内面または第2外
面には、光を散乱させるために、例えばシルク印刷や切り込み等により形成される散乱マ
ーク30が全面に渡って設けられている。
性のサーマルグリスや接着材等(例えば、熱伝導率1.0〜100W/mK)により張り合わせる(
接触させて固定する)ことができる。これは、後述するように、導光部材12を介して伝
熱部材11の熱を照明装置100の外部に放出する際、伝熱部材11と導光部材12との
間の接触熱抵抗は小さいほど好ましいためである。
が高温(125℃程度)になるために、材質としては、耐熱性に優れるポリカーボネイト
(可視光透過率90%)やシクロオレフィンポリマー(可視光透過率92%)等を用いる
ことが好ましい。
板状の基板を有するチップであり、例えば白色光等の可視光を発生する。一例として、波
長450nmの青紫色光を発生する発光素子を用いる場合、この発光素子を、青紫色光を吸収
して波長560nm近傍の黄色光を発生する蛍光体を含む樹脂材等で封止することにより、青
紫色光と黄色光が混合し、結果として光源13は白色光を発生する。
つ熱伝導性に優れる伝熱性のシート(図示せず)を介して接するように伝熱部材11の第
1外面に設けられることが好ましい。これは、後述するように、光源13が発する熱を伝
熱部材11に伝えるためには、光源13と伝熱部材11との間の接触熱抵抗は小さいほど
好ましく、また、光源13と伝熱部材11とは、電気的に絶縁関係であることが好ましい
ためである。また、このとき光源13の発光素子が設けられる面は、導光部材12の第2
内面に接触させる。
の設計段階においては、伝熱部材11と導光部材12との間の中で適宜光源13の設置位
置を決めることができるので、光源13の配置位置の自由度が増す。
熱部材11と導光部材12との間の中で、照明装置100の中心軸方向(すなわち、重力
方向)の最下部に位置する先端、さらに詳細には球状の頭部11aの先端に設けられる。
流れていくが、このように重力方向の先端に光源13を設けることで、より低温の空気に
よって効率的にグローブ部10を冷却することができる。
反射し、かつ残りの光を照明装置100の外部空間に透過する部材である。第1部材14
は、伝熱部材11と導光部材12が固定された状態において、導光部材12と接触し、か
つ導光部材12を介して光源13に対向する位置に、湾曲面を光源13に向けて設けられ
る。第1部材14としては、例えばビームスプリッターを用いることができる。
よく、ビームスプリッターの代わりに、乳白色のガラスや乳白色のアクリル、乳白色のポ
リカーボネイト等の光を散乱させる部材を用いることもできる。この場合には、散乱光の
うちの一部の光が導光部材12内に反射される光となる。
口金部20は、図1(b)に示すように、伝熱部材11の開口に設けられる導電性の装
着部材21と、装着部材21の内部に設けられ、光源13に対して電力を供給するための
電源回路22とを備える。
部材である。本実施形態では、装着部材21は、一端が開口し、ソケットに対して装着す
る際の回転中心となる回転軸を有する中空円筒状である。材質としては、導電性のアルミ
ニウム等の金属材料を用いることが好ましい。なお、本実施形態では、装着部材21の回
転軸は、照明装置100の中心軸と一致している。
れて設けられ、ソケットから供給される電力を、光源13に対して供給する。具体的には
、室内のソケットから交流電圧が印加されるので、電源回路22は、交流電圧(例えば、
100V)を受けて、直流電圧に変換した後に光源13に対してこの直流電圧を印加する
。なお、装着部材21と電源回路22とは電気的に接続されている。また、電源回路22
と光源13とは、配線25により電気的に接続されている。
100の中心軸方向と重力方向が一致しないことも考えられる。この場合には、光源13
は必ずしも照明装置100の中心軸方向の先端に設けられなくともよく、ソケットに装着
された状態において、伝熱部材11の重力方向の先端に設けられることが好ましい。この
ときには、伝熱部材11と装着部材21とは電気的に絶縁関係にあり、かつ伝熱部材11
は、回転軸を中心に装着部材21に対して回動可能に接続される。
重力方向が一致しない場合に、ユーザが例えば手動でグローブ10を回動することで、光
源13の位置を伝熱部材11の重力方向の先端に近づけることができる。
おける破線で囲まれた領域(S2)の拡大図である。図2の例では、伝熱部材11の第1
内面に設けられる第1嵌合部材24aと、装着部材21の内部に固定されるケース23に
設けられる第2嵌合部材24bとが嵌合することで装着部材21の回動が実現される。こ
のとき、ストッパー(図示せず)を設けることで、回動角度を所定の範囲で制限すること
も可能である。
以下、図3乃至図7を参照して、照明装置100の機能について詳細に説明する。
する図、図5は、照明装置100の周囲の空気の流れを説明する図である。
、室内の電源等によりソケットに対して給電されると、口金部20の部材21を介して電
源回路22に対して交流電圧が供給される。さらに、電源回路22を介して光源13に対
して定電流が供給される。これにより光源13は光を照射する。
射する。そして、一部の光は、第1部材14を直進、または第1部材14により屈折され
て、照明装置100の外部空間へ透過される(図3)。
2内へ入射される。このうち導光部材12と外部空間との界面における全反射条件(反射
角θ>臨界角θm)を満たす光は、導光部材12と外部空間との界面、及び導光部材12
と伝熱部材11との界面において全反射を繰り返しながら、導光部材12内を導光(伝播
)していく(図4(a))。
外部空間との界面において全反射することなく、導光部材12から外部空間へ射出される
。これにより、導光部材12の第2外面、すなわちグローブ部10の表面全体から光が射
出される(図4(b))。
シートを介して伝熱部材11に伝わる。そして、伝熱部材11に伝わった熱は、伝熱部材
11内を伝熱する。さらに、伝熱部材11内を伝熱する熱は、伝熱部材11から導光部材
12に伝わる。この際、前述のように光源13と伝熱部材11との間、及び伝熱部材11
と導光部材12との間はそれぞれ熱伝導性に優れる部材により熱的に接続されており、効
率的に伝熱させることができる。
部材12へ伝熱させることができる。
の外部空間に放熱される。この際、導光部材12の第2外面全体で放熱が行えるため、広
い面積からの放熱により、照明装置100から効率的に熱を排出することができる。
例に説明したが、伝熱部材11の一部(例えば、頭部11aのみ)を覆う構成であっても
よいが、この場合には、導光部材12の第2外面からの放熱に加え、伝熱部材11の第1
外面から直接放熱することもできる。
積A(m2)、熱伝導率k(W/mK)の平板の熱抵抗R(K/W)は、l/(kA)で与えられる。導光
部材12からの放熱を阻害しないためには、熱抵抗Rを3(K/W)以下にすることが好まし
い。
ネイトやアクリル(熱伝導率k≒0.2(W/mK))であれば熱抵抗は2.5(K/W)程度、ガラス
(熱伝導率k≒1.25(W/mK))であれば0.4(K/W)程度となる。
図5に示すように、暖められた空気は自然対流により、照明装置100の周囲に沿ってグ
ローブ部10の表面、口金部20の表面を経て、上側、すなわち重力逆方向へ上昇してく
。この空気の流れにより、照明装置100の表面はさらに冷却される。
の温度は徐々に上昇していく。すなわち、グローブ部10の重力方向の先端付近の上流側
の空気の温度が最も低く、口金部20に近づくにつれ下流側の空気の温度が上昇していく
。一方で、グローブ部10においては、光源13の付近が最も高温になる。
空気の温度との差(以下、温度差ΔT)が影響する。すなわち、熱伝達により排出される
熱量は、温度差ΔTに比例する。
ことで、下流側に設ける場合と比較して、ΔTを大きくすることができ、上流側のより低
温の空気によって効率的にグローブ部10を冷却することができる。
光源13からの熱の大部分を、直接導光部材12から外部に排出することができ、効率的
にグローブ部10を冷却することができる。
あるために、光源13からの光が対称性をもって導光部材12内を導光していくことで、
導光部材12の全面に渡って輝度分布を一様に近づけることができる。すなわち、導光部
材12の第2外面内での輝度分布の偏りを低減させることができる。
軸を含む断面で2つに分割されている導光部材12を、それぞれ伝熱部材11に接着する
とともに、分割された導光部材12の断面を同様に、サーマルグリスや接着剤等により貼
り合わせることで作製することができる。
1変形例のように、光源13と導光部材12との間に空間を隔てて対向する構成であって
もよい。この場合には、例えば伝熱部材11に、光源13と導光部材12との間の空間と
、伝熱部材11の内部の空間とを連通する開口40を設けることで、光源13の熱により
温度が上昇する空気を伝熱部材11の内部に循環させ、図示しない開口を通して照明装置
100の外部空間へ放出することで、この高温の空気をすぐさま光源13から離すことが
できる。
用いる例を説明したが、例えば金属材料等を用いることもできる。この場合には、第1部
材14の直下には光は照射されないが、より高光度の光を導光部材12内に導光させるこ
とができる。また、図7に示す第2変形例のように、光源13からの光が導光部材12の
第2内面(または第2外面)に沿って入射するように、光源13を伝熱部材11の側面に
設けることもできる。この場合には、必ずしも第1部材14を設ける必要はない。
設けられるために、効率的に放熱を行うことができ、照明装置100の放熱性能を向上さ
せることが可能となる。
基台を別途設ける必要がないために、グローブ部10の表面積を増やすことができ、その
分だけ配光角を向上させることができる。また、光源13を電源回路22から離すことで
、電源回路22の温度上昇を防ぐことができる。
図8は、第二の実施形態に係る照明装置200の構成図である。なお、図8(a)は照
明装置200の外形図、図8(b)は図8(a)における軸(B−B線)を含む面で照明装
置200を切断した断面図、図8(c)は図5(a)における矢印Y方向に照明装置200
を俯瞰した図である。
明装置100とは異なる。なお、第一の実施形態の照明装置100と同一の構成について
は同一の符号を付すことで説明を省略する。
第2外面に設けられ、頭部12a内を導光した後、胴部12b内に進入する一部の光を胴部
12b内に反射し、かつ一部の光を拡散して外部空間に透過する部材である。第2部材1
5は、胴部12b内に進入する光の胴部12bと外部空間との界面における反射角を、全反
射条件を満たすように変化させる。
いることができる。また、ビームスプリッターの代わりに、乳白色のガラスやアクリル、
ポリカーボネイト等を用いることもできる。
た光が、頭部12aとは不連続に接続される胴部12bに対して入射する際に全反射条件を
満たさなくなることが考えられる。
光の、導光部材12と外部空間との界面における反射角を変化させる。これにより、胴部
12bに進入する光は、再び全反射条件を満たし、胴部12b内を導光する。
られることが考えられる。この際には、頭部12aの第2外面に、部分的に第2部材15
を設けることもできる。
る位置に第2部材15を設けることで、導光部材12内での導光を補助することができる
。これにより、導光部材12の全面に渡り光の輝度分布を一様に近づけることが可能とな
る。
図9は、第三の実施形態に係る照明装置300の構成図である。なお、図9(a)は照
明装置300の外形図、図9(b)は図9(a)における軸(C−C線)を含む面で照明装置
300を切断した断面図、図9(c)は図9(a)における矢印Z方向に照明装置300を
俯瞰した図である。
数の第1貫通孔16a及び第2貫通孔16bを有する点で、第一の実施形態の照明装置10
0とは異なる。なお、第一の実施形態の照明装置100と同一の構成については同一の符
号を付すことで説明を省略する。
通孔16a及び第2貫通孔16bを有する。第1貫通孔16aは、伝熱部材11及び導光部
材12を貫通し、伝熱部材11の中空内に空気が流入する。また、第2貫通孔16bは、
同様に伝熱部材11及び導光部材12を貫通し、伝熱部材11の中空内から外部空間に空
気が流出する。なお、第1貫通孔16aは、伝熱部材11及び導光部材12の重力方向の
先端の近くに設けることが好ましい。これにより、空気は自然対流により、照明装置30
0の周囲に沿って、重力方向の先端付近から上側に上昇していくため、伝熱部材11の中
空内に空気が流入しやすくなる。
入するために、伝熱部材11内部の空気温度は低下し、伝熱部材11の第1外面だけでな
く、伝熱部材11の第1内面も放熱面として機能する。伝熱部材11の内部に流入し、温
められた空気は第2貫通孔を通って照明装置300の外部空間へ流出する。
1の第1内面には、放熱面積を拡大するフィン等(図示せず)が設けられても良い。
グローブ部10を用いることを例に説明したが、図10に示すように、グローブ部10が
球状の照明装置(図10(a))や、グローブ部10が円柱状の照明装置(図10(b)
)等、様々な形状を用いても良い。
を楕円形状のグローブ部10を用いても良い。
に充電することで、照明装置は、停電時においても一定時間発光を維持することができる
。その他、照明装置の伝熱部材11の内部には、火災時に消火材を噴射する噴射機構等を
設けても良い。
くすることなく、放熱性能を向上させることが可能となる。
ていない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明
の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実
施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載され
た発明とその均等の範囲に含まれるものである。
外面を有し、前記光源が前記外面に載置される中空の伝熱部材と、
前記光源と、前記外面の少なくとも一部とを、前記外面に沿って覆う導光部材と、
を備え、
前記伝熱部材の一部に設けられる円筒状の口金であって、円の中心を通る中心軸を有す
る口金を備え、
前記伝熱部材は、前記中心軸を中心として前記口金に対して回動可能である照明装置。
外面を有し、前記光源が前記外面に載置される中空の伝熱部材と、
前記光源と、前記外面の少なくとも一部とを、前記外面に沿って覆う導光部材と、
前記伝熱部材の一部に設けられる円筒状の口金であって、円の中心を通る中心軸を有す
る口金を備え、
前記光源が前記中心軸上に位置し、
前記導光部材は前記光源と対向する箇所に平面部を有する照明装置。
外面を有し、前記光源が前記外面に載置される中空の伝熱部材と、
前記光源と、前記外面の少なくとも一部とを、前記外面に沿って覆う導光部材と、
前記伝熱部材の一部に設けられる円筒状の口金であって、円の中心を通る中心軸を有す
る口金を備え、
前記光源が前記中心軸上に位置し、
前記導光部材は、前記外面と直接的にまたは間接的に接触する内面とこの内面とは反対
にある第二の外面を有し、
前記内面または前記第二の外面の全面に渡って設けられた散乱マークと、
を備える照明装置。
球状の頭部と円錐台状の胴部を有し、前記光源が前記球状の頭部の外面に載置される中
空の伝熱部材と、
前記光源と、前記球状の頭部の外面と前記円錐台状の外面に沿って覆う導光部材と、
前記伝熱部材の一部に設けられる円筒状の口金であって、円の中心を通る中心軸を有す
る口金を備え、
前記光源が前記中心軸上に位置する照明装置。
外面を有し、前記光源が前記外面に載置される中空の伝熱部材と、
前記光源と、前記外面の少なくとも一部とを、前記外面に沿って覆う導光部材と、
前記伝熱部材の一部に設けられる円筒状の口金であって、円の中心を通る中心軸を有す
る口金を備え、
前記光源が前記中心軸上に位置し、
前記伝熱部材の内部に設けられた蓄電池と、
を備える照明装置。
及至[5]いずれかに記載の照明装置。
を有する口金を備え、
前記光源が、前記中心軸上に位置する[1]に記載の照明装置。
を有する口金を備え、
前記伝熱部材は、前記中心軸を中心として前記口金に対して回動可能である[2]及至
[6]いずれかに記載の照明装置。
射部材をさらに備える[1]乃至[8]いずれかに記載の照明装置。
いずれかに記載の照明装置。
の照明装置。
とともに、前記光を外部に放出する[1]乃至[11]いずれかに記載の照明装置。
部に進入する光の一部を前記胴部に反射し、光の一部を外部空間に透過する部材をさらに
備える[4]に記載の照明装置。
11・・・伝熱部材
11a・・・頭部
11b・・・胴部
12・・・導光部材
12a・・・頭部
12b・・・胴部
13・・・光源
14・・・第1部材
15・・・第2部材
16a・・・第1貫通孔
16b・・・第2貫通孔
20・・・口金部
21・・・装着部材
22・・・電源回路
23・・・ケース
24a・・・第1嵌合部材
24b・・・第2嵌合部材
25・・・配線
30・・・散乱マーク
40・・・開口
100、200、300・・・照明装置
Claims (5)
- 光を発する光源と、
外面を有する中空の伝熱部材と、
前記外面の少なくとも一部を前記外面に沿って覆い、前記光源の発する光を導光する導光部材と、
前記伝熱部材の外部に設けられる円筒状の口金と、
前記伝熱部材の内部に設けられた蓄電池と、
少なくとも一部が前記口金の内部に設けられ、前記光源に電源を供給する電源手段と、を備える照明装置。 - 前記導光部材は、接着部材を介して前記伝熱部材の前記外面に固定される請求項1に記載の照明装置。
- 前記光源は、前記口金の円の中心を通る中心軸上に位置する請求項1乃至2いずれか1項に記載の照明装置。
- 前記伝熱部材は、前記中心軸を中心として前記口金に対して回動可能である請求項1乃至3いずれか1項に記載の照明装置。
- 前記導光部材は、前記光源が発する光を前記伝熱部材の外面に沿って導光するとともに、前記光を外部に放出する請求項1乃至4いずれか1項に記載の照明装置。
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