JP2011034753A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を使用した光源及び点灯回路を器具本体に収容し、発光基板として熱伝導率の低い材質を使用した場合であっても点灯回路への熱影響を緩和できる照明装置を提供することである。
【解決手段】熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の発光基板３８の一方面に発光素子が実装され他方面に放熱板４０が配設された発光ユニット２９と、発光素子を点灯する点灯回路３０と、発光素子の実装位置とは重ならない位置で放熱板４０に取り付けられる取付部４５を有し点灯回路３０を収納するケース４１と、発光ユニット２９及び点灯回路３０を収納したケース４１を収容する器具本体１１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードや有機ＥＬ等の発光素子を使用した照明装置に関するものである。

発光ダイオードや有機ＥＬ等の発光素子を使用した照明器具としては、多数個の白色発光ダイオードを一つの基板に設けたものを多数用いて、この多数の基板の角度を変えて多角形面を構成するように配置し、多方向へ光出射される構成を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、基板に実装された発光ダイオードを点灯させる点灯装置を基台に取り付けてカバー内に収容し、カバーの一方側に口金を装着し、カバーの他方側に発光ダイオードを覆うように透光性のグローブを取り付け、基台から発光ダイオードの発熱を放熱するようにした照明器具がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−２００１０２号公報 特開２００８−９１１４０号公報

しかしながら、特許文献１の照明器具においては、器具本体に複数の基板を取付けるとともに、この基板を覆う略半球状の透光性カバーを器具本体の開口部に取付ける構造を有しているため、構造が複雑で部品点数が多くなり、組立て工数も多くなることから製品コストが高くなってしまうという問題があった。

また、特許文献２のものでは、基台から発光ダイオードの発熱を放熱するようにしているが、基台に点灯装置を取り付けているので基台からの熱が点灯装置に伝熱するが、その基台から点灯装置への伝熱についての考慮がない。特に、発光基板として熱伝導率の低い材質を使用した場合には基台から点灯装置への伝熱についての考慮が必要となる。

本発明は、発光素子を使用した光源及び点灯回路を器具本体に収容し、発光基板として熱伝導率の低い材質を使用した場合であっても点灯回路への熱影響を緩和できる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の照明装置は、熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の発光基板の一方面に発光素子が実装され他方面に放熱板が配設された発光ユニットと；前記発光素子を点灯する点灯回路と；前記発光素子の実装位置とは重ならない位置で前記放熱板に取り付けられる取付部を有し、前記点灯回路を収納するケースと；前記発光ユニット及び前記点灯回路を収納したケースを収容する器具本体と；を備えたことを特徴とする。

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以下による。

熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の発光基板とは、例えば、紙フェノール基板やガラスエポキシ基板である。紙フェノール基板は、紙にフェノール樹脂を含浸させたものであり、安価で加工性が良いがアルミナ基板に比較し熱伝導率が劣る特質を有する。また、ガラスエポキシ基板はガラス繊維製の布（クロス）を重ねたものに、エポキシ樹脂を含浸させたものであり、電気的特性・機械的特性ともに優れているがアルミナ基板に比較し熱伝導率が劣る特質を有する。

発光素子は、発光ダイオードや有機ＥＬ等の発光基板に配設可能な固体発光素子が適用される。発光ユニットは、発光基板の一方面に発光素子が実装され、発光基板の他方面に放熱板が配設されて構成される。

点灯回路はケースに収納される。例えば、ケースは熱伝導率の高い金属で方形に形成され、例えば、ネジなどの固定具で発光ユニットの放熱板に取り付けられる。ケースの放熱板への取り付けは、発光素子の実装位置とは重ならない位置で放熱板に取り付けられる。これは、放熱板におけるケースの取付部からケースへ伝熱される温度を抑えるためである。

すなわち、熱伝導率の低い発光基板に発光素子を分散配置した場合には、発光素子の実装部分の温度が最も高く、実装部分よりも離れるに従い温度は低くなる温度分布となり、放熱板の熱伝導率が高いとはいえ、放熱板においてもその温度分布は均一ではなく、やはり発光ダイオードの実装部分付近の温度がその周囲に比べると高くなる。そこで、ケースの取付部を発光ダイオードの実装部分と重ならない位置にすることで、取付部からケースへ伝熱される温度を抑えることができる。

請求項２の照明装置は、請求項１の照明装置において、前記発光素子の実装位置が前記ケースの内部に位置しないように前記ケースを前記放熱板に取り付けたことを特徴とする。

「発光素子の実装位置がケースの内部に位置しない」とは、点灯回路のケースを放熱板に取り付けた状態において、点灯回路のケースの取付位置に対応する発光基板の一方面の位置に発光素子が実装されていないことをいう。

これにより、最も温度分布の高い領域がケースの内側領域と対向することがなく、ケース内部の回路部品やはんだに対する熱影響を抑制できる。また、発光素子からの放熱もケースの放熱板への取り付けによって放熱作用が阻害されることを極力少なくすることができる。

請求項３の照明装置は、請求項１または２の照明装置において、前記点灯回路の回路基板は熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の基板であり、前記点灯回路のはんだ面が前記放熱板と対面しない向きで、前記点灯回路の回路基板と前記放熱板との間に空気層が形成されるように、前記ケースを前記放熱板に取り付けたことを特徴とする。

「回路基板のはんだ面」とは回路基板に部品や素子を実装した面の背面側の面をいう。「点灯回路のはんだ面が放熱板と対面しない向き」とするのは、発光素子側から放熱板を伝わってきた熱がはんだ面側に影響を及ぼさないようにするためである。また、点灯回路の回路基板と放熱板との間に空気層を形成するのは、放熱板の熱が回路基板に伝わり難くするためである。

請求項１の発明によれば、点灯回路を収納したケースは発光ユニットの他方面に、発光素子の実装位置とは重ならない位置となるように放熱板に取り付けられるので、熱伝導率の低い発光基板に実装された発光素子からの熱が放熱板の取付部に伝わり難くなり、発光素子からの熱が点灯回路に伝熱されることを抑制できる。

請求項２の発明によれば、発光素子の実装位置が点灯回路のケースの内部に位置しないように点灯回路を放熱板に取り付けるので、発光素子からの熱が点灯回路を収納したケース内に侵入することを抑制できる。

請求項３の発明によれば、点灯回路の回路基板のはんだ面が放熱板と対面しない向きで、点灯回路の回路基板と放熱板との間に空気層が形成されるように放熱板にケースが取り付けられるので、放熱板から直接的な熱影響を受け難くなる。また、点灯回路の回路基板は熱伝導率が低いので、放熱板からケースを伝わった熱は点灯回路の回路基板の内側領域には伝わり難い。すなわち、回路基板の側縁側より内側に実装されている部品及びはんだ部に放熱板からの直接的な熱影響を受け難くしている。

本発明の実施の形態に係わる照明装置の一例を示す斜視図。 図１の側断面図。 図１の底面図。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる照明装置の一例を示す斜視図である。図１では照明装置が防犯灯である場合を示している。照明装置の器具本体１１は、透光性の筒状カバー１２と、筒状カバー１２の基端部１３側に取付けられた基体部１４と、アーム１５とから構成されている。

筒状カバー１２は、その頂部１６が閉塞されており、基端部１３側に開口部１７が形成されており、全体として筒状を形成している。筒状カバー１２は、頂部１６側の筒本体１８と基端部１３側のフランジ部１９とによって構成され、基端部１３のフランジ部１９は、その外周部が円筒形であり、その内側の開口部１７の輪郭も円形状となっている。筒本体１８は、フランジ部１９から頂部１６側に延伸して形成され、フランジ部１９の外径よりもやや小さい円筒形状でフランジ部１９に一体的に設けられている。

筒状カバー１２の内部には、開口部１７と連通する収容空間が形成されており、この収容空間は開口部１７以外とは連通することがない実質的な閉空間となっており、この収容空間に後述の発光ユニット及び点灯回路が収容される。

筒状カバー１２は、アクリルやポリカーボネート等の透光性樹脂で一体成形され、全体として透光性を有している。また、筒状カバー１２を成形する透光性樹脂には白色顔料や光拡散材が添加されており、全体として乳白状の外観を有している。なお、筒状カバー１２は全体が透明であってもよく、一部が透光性を有する形態であっても構わない。

筒状カバー１２の筒本体１８は、下方側が照射面である路面への照射光を透過する投光部２０として、上方側が笠部２１としてそれぞれ機能する。笠部２１のフランジ部１９側の上方には断面コ字状の壁部２２が突出形成されており、この壁部２２はその先端が揃って平坦となるような高さで形成されている。

筒状カバー１２の筒本体１８の幅方向の周囲には、投光部２０および笠部２１の外周面よりもやや外側に突出した段部２３が連続して帯状に形成されている。この段部２３が外側に張り出していることにより、段部２３が投光部２０の庇として機能しており、降雨時の水滴が投光部２０に流下しにくくなり、投光部２０の表面に汚れが付着し難くなる。また、筒本体１８の長手方向の周囲に段部２３が連続して形成されていることによって筒本体１８の機械的強度も向上する。

次に、基体部１４は筒状カバー１２に装着され、筒状カバー１２の開口部１７を閉塞するとともに、筒状カバー１２内部に収容された発光ユニットへ電力供給を行うリード線２４が接続されている。すなわち、基体部１４は後述するように配線部を有し、リード線２４から配線部を介して点灯回路に電力が供給される。

また、アーム１５は基体部１４にねじ等で着脱可能に取り付けられ、このアーム１５によって、基体部１４が装着された筒状カバー１２は路面に設置された電柱等のポールに取付けられる。アーム１５は、断面コの字状の金属片の中間部を略Ｌ字状に湾曲した湾曲部２５を有しており、湾曲部１６の後端部には電柱に巻付けられる取付バンドの通し孔２６及び取り付けねじ係止用のだるま穴２７が形成されている。

このとき、筒状カバー１２の長軸方向は、アーム１５の湾曲部２５によって頂部１６側が上方を向くように水平面に対して約２０〜３０°傾いて設置される。従って、筒状カバー１２の開口部１７は、筒状カバー１２の設置状態において常に約２０〜３０°下方に向いており、降雨による水滴が開口部１７内に浸入しにくく、防水性能が向上する。さらに、筒状カバー１２の頂部１６側を上方に向けることで、比較的表面積が大きい笠部２１内の対流と熱交換の効率が向上するため、放熱特性を向上させることもできる。

ここで、アーム１５の先端部は、笠部２１の壁部２２の先端とわずかな隙間を形成するように配設される。この先端部は、ポール上での作業者の足場として使用された場合の荷重によっても十分な強度を保つように機能する。

図２は図１の側断面図である。図２に示すように、筒状カバー１２の筒本体１８は、頂部１６に向かうに従って外径が小さくなる先細り形状の筒体となっている。特に、筒本体１８の上下方向の外径寸法は幅方向の外径寸法よりも頂部１６に向かって減少する割合が大きく、頂部１６付近での筒本体１８の断面形状は幅方向を長径とする偏平な略楕円形状となっている。

筒状カバー１２の内部には、開口部１７と連通する収容空間２８が形成されており、この収容空間２８に発光ユニット２９及び点灯回路３０が収容されている。点灯回路３０はケース４１に収納されて発光ユニット２９に取り付けられている。筒状カバー１２の段部２３の内側には、収容空間２８に発光ユニット２９を装着するための溝部３１が形成されている。この溝部３１は、少なくとも筒状カバー１２の長手方向に沿って幅方向にそれぞれ設けられており、開口部１７からみて一対の溝部３１が形成されるようになっている。

基体部１４は、筒状カバー１２の開口部１７を閉塞する閉塞部３２を有しており、基端部１３側に有底筒状に形成されている。閉塞部３２は、底側がフランジ部１９の内部に挿入され、基端部１３の接合部分でＯリング３３を介して当接する。Ｏリング３３は閉塞部３２で押圧されて弾性変形して開口部１７の内側が水密構造となって防水性が確保される。

閉塞部３２の先端側には開口部１７を閉塞する閉塞板３４が設けられており、この閉塞板３４と発光ユニット２９の端部とが当接して発光ユニット２９が固定される。閉塞板３４の略中央部分には、発光ユニット２９への給電を行うリード線２４が挿通する配線部３５が設けられている。この配線部３５には、防水ブッシング３６が設けられており、この防水ブッシング３６にリード線２４を挿入することで配線部３５の防水性が確保されている。基体部１４の後端側には、フランジ部１９とほぼ同径の円筒段部３７が閉塞部３２と一体的に形成され、この円筒段部３７にアーム１５が図示省略のねじで固定される。

次に、発光ユニット２９は発光基板３８を有しており、この発光基板３８の主面側には発光素子としての発光ダイオード３９が実装されている。発光基板３８の主面側には図示省略の配線パターンと発光ダイオード３９の端子接続用のランドとが銅箔により形成されている。発光基板３８の主面側には、白色発光する複数個の発光ダイオード３９が所定間隔をおいて実装されている。例えば、１列が４個の発光ダイオード３９が２列（合計８個）実装されている。

発光基板３８は、熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の基板、例えば、紙フェノール製のプリント基板（熱伝導率：０．３１Ｗ／ｍｋ）、あるいは、ガラスエポキシ基板（熱伝導率：０．３８Ｗ／ｍｋ）などである。

発光ユニット２９は、アルミニウム製の放熱板４０を有しており、この放熱板４０の一面側に発光基板３８が図示省略のねじ等によって熱伝導可能に取付けられている。発光基板３８の発光ダイオード３９での発熱は、放熱板４０により筒状カバー１２内に放熱される。

放熱板４０の他面側には発光ダイオード３９を点灯させる点灯回路３０が設けられている。点灯回路３０は、金属製ケース４１の内部に定電流回路等を構成する回路基板４２を収納して構成され、このケース４１が放熱板４０の他面側にねじ等で取り付けられて、点灯回路３０は放熱板４０に取り付けられる。ケース４１の放熱板４０への取り付け位置については後述する。

また、ケース４１内の回路基板４２は、ケース４１に設けられた切り掛け部によって掛止することにより固定される。これにより、点灯回路３０のケース４１と回路基板４２との固定にはねじを用いる必要がなくなるだけでなく、回路基板４２が遊びを持ってケース４１に固定されるため、回路基板４２が熱によって膨張した際に、回路基板４２が割れることを防ぐことができる。回路基板４２は、発光基板３８と同様に熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の基板で形成されている。

ケース４１内では、回路基板４２のはんだ面４３が放熱板４０と対面しない向きに配置されている。すなわち、点灯回路３０の回路基板４２の回路部品４４が放熱板４０側に向くように回路基板４２はケース４１に収容されている。また、点灯回路３０の回路基板４２と放熱板４０との間に空気層が形成されるように、ケース４１は放熱板４０に取り付けられている。これは、発光ユニット２９の発光素子側からの熱をはんだ面側に影響を及ぼさないようにするためである。

ケース４１は放熱板４０に取り付けられているので、発光素子の熱は放熱板４０を介してケース４１に伝わるが、点灯回路の回路基板４２は熱伝導率（０．４Ｗ／ｍｋ以下）が低いので、ケース４１から点灯回路３０の回路基板４２の内側領域には熱が伝わり難い構成となっている。つまり、回路基板４２の側縁側より内側に実装されている部品及びはんだ部に、放熱板４０からの直接的な熱影響を受け難くしている。

発光ユニット２９は、放熱板４０の周縁部が筒状カバー１２の収容空間２８に設けられた一対の溝部３１に挿入されることで筒状カバー１２に支持される。また、放熱板４０の先端部も頂部１６側に連続する溝部３１に係合している。このように、筒状カバー１２の収容空間２８は、放熱板４０によって投光部２０側と笠部２１側とが実質分断されている。

笠部２１側の収容空間２８の内容積は、投光部２０側の収容空間２８の内容積の２〜３倍大きくなるように区分けされている。これにより、笠部２１側の収容空間２８は熱容量的にも大きく、十分な対流が行われるので、放熱板４０や点灯回路３０のケース４１からの伝熱を笠部２１の外表面を利用した熱交換作用により良好に放熱できる。

図３は図１の底面図である。図３に示すように、発光ユニット２９の発光基板３８の主面側には、１列４個で２列の合計８個の発光ダイオード３９が所定間隔をおいて実装されている。所定間隔をおいて発光ダイオード３９を実装しているのは、発光基板３８は熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質であり、熱伝導率が低いので放熱を効率的に行うためである。

次に、ケース４１の放熱板４０への取り付けは、発光ダイオード３９の実装位置とは重ならない位置となるように放熱板４０に取り付けられる。図３では、発光ダイオード３９の実装位置とは縦方向において重ならない位置に配置された場合を示している。また、ケース４１の放熱板４０への取付部４５は、発光ダイオード３９の所定間隔のほぼ中間位置になるように、ねじ等で取り付けられる。これにより、その取付部４５は、発光素子である発光ダイオード３９の実装位置と離れた位置となり、個々の発光ダイオード３９のいずれからも離れた位置となる。

また、発光素子である発光ダイオード３９の実装位置がケース４１の内部に位置しないように、ケース４１は放熱板４０に取り付けられる。すなわち、ケース４１を放熱板４０に取り付けた状態において、ケース４１の取付位置に対応する発光基板３８の主面の位置に発光ダイオード３９が実装されていないように、ケース４１は放熱板４０に取り付けられる。図３では、ケース４１の周辺部が発光ダイオード３９が実装位置に接するように、ケース４１は放熱板４０に取り付けられた場合を示している。

このように、ケース４１の内部に発光ダイオード３９の実装位置が位置しないので、最も温度分布の高い領域のすべてがケース３９の内側領域と対向することがなく、ケース４１内部の回路部品やはんだに対する熱影響を抑制できる。また、発光ダイオード３９からの放熱も実装位置全体がケース４１内部に位置しないので、放熱板４０からの放熱作用が阻害されることを極力少なくすることができる。

また、発光ダイオード３９は熱伝導率の低い発光基板３８に分散配置されて実装されるので、発光ダイオード３９の実装部分の温度が最も高く、実装部分よりも離れるに従い温度は低くなる温度分布となる。この場合、放熱板４０は熱伝導率が高いとはいえ、放熱板４０においてもその温度分布は均一ではなく、やはり発光ダイオード３９の実装部分付近の温度がその周囲に比べると高くなる。そこで、ケース４１の放熱板４０への取付部４５を発光ダイオード３９の実装部分と重ならない位置にすることで、取付部４５からケース４１へ伝熱される温度を抑えることができる。このようにして、熱伝導率が低い発光基板３８に分散配置された個々の発光ダイオード３９の発熱を効率的に放熱するようにしている。

これにより、ケース４１の内側に収納される回路部品４４やはんだが発光ダイオード３９の点灯による熱影響を抑えることができるので、放熱板４０に点灯回路３０を内蔵するケース４１を直付けする形態であっても、回路動作に不具合を生じることが抑制できる。

本発明の実施の形態によれば、発光基板３８として熱伝導率の低い材質を使用した場合であっても、発光ダイオード３９からの発熱及び回路基板４２のはんだ面４３からの発熱を効率よく放熱できる。

１１…器具本体、１２…筒状カバー、１３…基端部、１４…基体部、１５…アーム、１６…頂部、１７…開口部、１８…筒本体、１９…フランジ部、２０…投光部、２１…笠部、２２…壁部、２３…段部、２４…リード線、２５…湾曲部、２６…通し孔、２７…だるま穴、２８…収容空間、２９…発光ユニット、３０…点灯回路、３１…溝部、３２…閉塞部、３３…Ｏリング、３４…閉塞板、３５…配線部、３６…防水ブッシング、３７…円筒段部、３８…発光基板、３９…発光ダイオード、４０…放熱板、４１…ケース、４２…回路基板、４３…はんだ面、４４…回路部品、４５…取付部

Claims (3)

1. 熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の発光基板の一方面に発光素子が実装され他方面に放熱板が配設された発光ユニットと；
   前記発光素子を点灯する点灯回路と；
   前記発光素子の実装位置とは重ならない位置で前記放熱板に取り付けられる取付部を有し、前記点灯回路を収納するケースと；
   前記発光ユニット及び前記点灯回路を収納したケースを収容する器具本体と；
   を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 前記発光素子の実装位置が前記ケースの内部に位置しないように前記ケースを前記放熱板に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記点灯回路の回路基板は熱伝導率が０．４Ｗ／ｍｋ以下の材質の基板であり、前記点灯回路のはんだ面が前記放熱板と対面しない向きで、前記点灯回路の回路基板と前記放熱板との間に空気層が形成されるように、前記ケースを前記放熱板に取り付けたことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。

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