JP2012089285A - 発光装置および照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】用途に応じた明るさを簡単な構成で得ることが可能な発光装置および照明器具を提供する。
【解決手段】発光装置１０は、放熱体１１、複数の発光モジュール１２、発光モジュールを放熱体に取り付けるネジ部材１３を有する。放熱体１１は、一面側１１ａを平坦に形成し、所定の間隔を有して長手方向に形成された一対の直線状をなす溝１１ａ１を有し、熱伝導性の金属からなる。複数の発光モジュール１２は、放熱体の一面側に配設される。ネジ部材１３は、放熱体の一対の溝に対してねじ込むことによって発光モジュールを放熱体に取り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、発光ダイオード等の発光素子を光源とする発光装置および照明器具に関する。

近年、発光素子、特に、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と称す）を用いた発光装置は、白熱電球に代替可能な電球形のＬＥＤランプ等の光源体、さらにダウンライト、スポットライト等の照明器具の光源として用いられ、特に、最近ではビルのホールや体育館等の高天井に設置される高天井用ＬＥＤ照明器具が提案されている。

実用新案登録第３１５２３１０号公報

これら多様な照明器具に用いられる発光装置は、照明の用途に応じた明るさを達成することが必要で、これらの多様な要求を簡単な構成で如何に実現させるかが重要な課題となっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、用途に応じた明るさを簡単な構成で得ることが可能な発光装置および照明器具を提供しようとするものである。

本発明の実施形態における発光装置は、放熱体、複数の発光モジュール、発光モジュールを放熱体に取り付けるネジ部材を有する。放熱体は、一面側を平坦に形成し、所定の間隔を有して長手方向に形成された一対の直線状をなす溝を有し、熱伝導性の金属からなる。複数の発光モジュールは、放熱体の一面側に配設される。ネジ部材は、放熱体の一対の溝に対してねじ込むことによって発光モジュールを放熱体に取り付ける。

本発明の実施形態によれば、用途に応じた明るさを簡単な構成で得ることが可能な発光装置および照明器具を提供することができる。

本発明の実施形態である発光装置を示し、（ａ）は小型の発光モジュールを配設した状態を示す斜視図、（ｂ）は大型の発光モジュールを配設した状態を示す要部の斜視図。 同じく発光装置の発光モジュールを示し、（ａ）は放熱体に配設した状態を示す要部の斜視図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ｂ）図のｃ部分を拡大して示す断面図。 同じく発光装置を装着した照明器具を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）図のｂ部分を拡大し、一部を切り欠いて示す斜視図。 同じく照明器具を設置した状態を示す側面図。 同じく発光装置の変形例を示し、（ａ）は第１の変形例を示す斜視図、（ｂ）は 第２の変形例を示す斜視図。 同じく変形例を示し、（ａ）は発光装置の第３の変形例を示す斜視図、（ｂ）は照明器具の第１の変形例を示す側面図。

以下、本発明に係る発光装置および照明器具の実施形態について説明する。

実施形態１

先ず、発光装置の構成につき説明する。本実施形態の発光装置は、ビルのホール等の高天井に設置される高天井用ＬＥＤ照明器具の光源として用いられるもので、図１に示すように、発光装置１０は、熱伝導性の金属からなる放熱体１１と、放熱体の一面側に配設される複数の発光モジュール１２と、発光モジュールを放熱体１１に取り付けるためのネジ部材１３で構成する。

放熱体１１は、熱伝導性の良好な金属、本実施形態ではアルミニウムで構成された細長い直方体をなし、一面側（表面側）１１ａは、その表面が平滑な平坦な面に形成されているとともに、短手方向に所定の間隔ａを有し、長手方向に略平行に形成された一対の直線状をなす溝１１ａ１が形成されている。本実施形態では、さらに、間隔ａよりも広い間隔ｂを有する一対の溝１１ａ２が、前記溝１１ａ１に対して略平行に形成されている。

この各溝１１ａ１、１１ａ２は、上方を開放した断面が矩形状をなし、溝の幅寸法ｃおよび深さ寸法ｄは、後述するネジ部材１３がねじ込むことが可能な寸法をそれぞれ有して構成されている。また、各溝１１ａ１、１１ａ２の両端部は、直方体をなす放熱体１１の両側面１１ｂ、１１ｂを貫通し、外方に開放されて形成される。

また、放熱体１１の他面側（裏面側）１１ｃには、長手方向に沿って一側面１１ｂから他側面１１ｂに向かい外方に突出する放熱部１１ｄ、本実施形態では、多数の放熱フィンが所定の間隔を有して一体に形成されている。これら構成の放熱体１１は、アルミニウムの押出材で構成されている。または、鋳造、鍛造または切削加工等で加工されたものであってもよい。また、放熱体１１は、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）または、それらの合金によって構成したものであってもよい。

発光モジュール１２は、ＣＯＢ形の発光モジュールで、図２に示すように、基板１２ａと基板に配設される発光素子１２ｂからなる。基板１２ａは、セラミックスで構成された薄い平板で四隅をカットした長方形をなすように構成される。基板１２ａは、熱伝導性の良好なアルミニウムや銅等の金属で構成してもよい。そして、基板１２ａの一面側（表面側）には、発光部Ａが構成される。発光部Ａは、内周面が略正方形をなす土手部と、土手部内に形成された配線パターンに実装される発光素子１２ｂと、発光素子に充填される蛍光体層１２ｃからなる。

本実施形態において発光部Ａは、発光素子１２ｂを青色ＬＥＤチップで、蛍光体層１２ｃを黄色蛍光体でそれぞれ構成し、蛍光体層で青色ＬＥＤチップから放射される青色光を透過させると共に、青色光によって黄色蛍光体を励起して黄色光に変換し、透過した青色光と黄色光が混光して白色の光を放射する。また、配線パターンから基板１２ａの側縁部に、それぞれ延長して入力端子部を構成する一対の給電端子１２ｄが設けられる。これにより、発光素子１２ｂが一面側に実装されて配設された略正方形の発光部Ａを有する発光モジュール１２が構成される。なお、図２（ｂ）中、ｘ−ｘ線は光軸である。また、１４は、発光モジュール１２を固定するための固定金具で、弾性を有する金属板、本実施形態では、ステンレス板からなり、二又の支持片１４ａと取付孔を形成した固定片１４ｂからなり、基板１２ａの対角線上の対向する位置に対応して１個ずつ、計２個が用いられる。

上記に構成された発光モジュール１２を放熱体１１に取り付けるためのネジ部材１３は、本実施形態では、放熱体１１の各溝１１ａ１、１１ａ２に対してねじ込むことが可能なタッピンネジで構成する。なお、タッピンネジが好適であるが、通常のネジであってもよく、その場合ねじ山を多少荒く形成するとよい。そして、図２に示すように、放熱体１１の狭い間隔ａを有する溝１１ａ１の一方と、広い間隔ｂを有する一方の溝１１ａ２との間に発光モジュール１２を載置し、基板１２ａの対角線上の対向する位置に対応して１個ずつの固定金具１４を載置し、固定金具の固定片１４ｂに対してタッピンネジ１３をそれぞれ挿通し、タッピンネジのネジ部を溝１１ａ１、１１ａ２内に挿入し、ネジ山を溝の両側面に切り込ませてねじ込んで固定する。なお、３箇所または４箇所を固定してもよい。

これにより、発光モジュール１２は、その対角線上の対向する位置部分が固定金具１４の一方の支持片１４ａによって押し付けられ、他方の支持片１４ａが放熱体１１の表面に当接されることにより、放熱体１１の一面側の平坦な面に密着させて固定される。この際、熱伝導性の良好なシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等からなる接着剤またはシート等を発光モジュール１２の他面側と放熱体１１の一面側１１ａとの間に介在させて固定するとよい。

これにより、発光装置１０が構成される。この発光装置によれば、発光モジュール１２は溝１１ａ１、溝１１ａ２の長手方向に沿って移動可能に固定することができるので、発光モジュール１２の取付位置および取付枚数を自由に設定することが可能になる。また、この発光装置によれば、発光モジュール１２を直接放熱体１１に取り付けることができ、発光素子であるＬＥＤ１２ｂから発生する熱は、セラミックスからなる基板１２ａからアルミニウム製の熱容量の大きな放熱体１１に直接伝達され、放熱フィン１１ｄから外部に効果的に放熱される。

次に上記に構成された発光装置１０により、照明器具の用途に応じた明るさを実現するための組み立て手順につき説明する。先ず、小さなホール等の照明を行うための発光装置の組み立て手順を説明する。この場合小ホールに合わせた明るさにすればよく、発光モジュールは小型の発光モジュール１２Ａを必要な枚数用いる。本実施形態では８枚の発光モジュールを用いて構成した。

そして、図１（ａ）に示すように、８枚の発光モジュール１２Ａを、放熱体１１の狭い間隔ａを有する溝１１ａ１の一方と、広い間隔ｂを有する一方の溝１１ａ２に対し、所定の設置ピッチに従った間隔をもってそれぞれを載置する。この際、放熱体１１の長手方向の中心線ｙ−ｙと発光モジュール１２の光軸ｘ−ｘとの位置合わせを行って載置する。所定の位置に載置された発光モジュール１２に対し、固定金具１４をそれぞれ載置しタッピンネジ１３を挿入して溝１１ａ１、１１ａ２にねじ込み固定する。

この際、タッピンネジ１３を溝１１ａ１、１１ａ２に挿入した状態（ねじ込む前）で、発光モジュール１２は、タッピンネジ１３をガイドピンとして溝１１ａ１、１１ａ２の長手方向に沿って移動させることができ、指定された所定の設置ピッチになるように調整することができ、複数の発光モジュールを正確なピッチで放熱体１１に取り付けることが可能になる。同時に、タッピンネジ１３をねじ込んだ後でも、ネジを緩めれば発光モジュール１２をタッピンネジ１３をガイドピンとして溝１１ａ１、１１ａ２に沿って移動させることができ、設置後であってもピッチを調整することができる。これにより、溝とタッピンネジからなる簡単な構成によって、小ホールとして必要とする明るさの発光装置を構成することが可能になる。

また、この構成では明るさが不足する場合、設置ピッチを狭くして発光モジュール１２の枚数を増やすように構成すればよい。また、発光モジュールの枚数を減らすことによって明るさを低くすることができる。また、配光が狭い場合には、設置ピッチを広くして配光角を広くすればよい。また、設置ピッチを狭くすることによって配光角を狭くすることができる。これらの調整は、上述したように溝１１ａ１、１１ａ２に対して発光モジュール１２を、タッピンネジ１３をガイドピンとして溝に沿って移動させる簡単な操作で確実に行うことができる。

次に、広い体育館等の照明を行うための発光装置の組み立て手順を説明する。この場合、広い体育館に合わせた明るさにする必要があり、発光モジュールは大型の発光モジュール１２Ｂを複数個用いる。そして、図１（ｂ）に示すように、複数個の大型の発光モジュール１２Ｂを、放熱体１１の広い間隔ｂを有する一対の溝１１ａ２に対し、所定の設置ピッチに従った間隔をもってそれぞれを載置し、上記と同様にしてタッピンネジ１３を溝１１ａ２にねじ込んで固定する。この際も上記と同様に、設置ピッチを簡単に調整することができ、溝とタッピンネジからなる簡単な構成によって、広い体育館等で必要とする明るさの発光装置を構成することが可能になる。この場合も上記と同様に、明るさ調整と配光調整のために、ピッチ間隔および使用枚数の選択を行うことができる。

また、上述した小型の発光モジュール１２Ａと大型の発光モジュール１２Ｂを、例えば、交互に組み合わせて中型のホール等の明るさや配光に適した発光装置を構成することもできる。これら作用により、各種の照明用途に応じた明るさや配光を簡単な構成で得ることが可能な発光装置を提供することができる。

また、本実施形態の発光装置１０は、各溝１１ａ１、１１ａ２の両端部が、直方体をなす放熱体１１の両側面１１ｂ、１１ｂを貫通し、外方に開放されて形成されているので、この貫通し開放した溝部分を使用することによって、発光装置１０を、例えば、次に説明するような照明器具に対してネジ部材によって組み立てる際の、ネジ受け手段としても用いることができる。また本実施形態では、放熱体１１の正面側および裏面側に溝１１ａ３を形成したので、この溝１１ａ３を用いて照明器具を組み立てる際の、ネジ受け手段として用いることができる。

次に、上記に構成された発光装置１０を光源とした照明器具の構成を説明する。本実施形態の照明器具は、ビルのホール等の高天井に設置される高天井用ＬＥＤ照明器具２０を構成するもので、図３に示すように、器具本体２１と、器具本体に装着される上述の発光装置１０で構成される。

器具本体２１は、白色の塗装鋼板やステンレス等の金属からなる天板２１ａと、天板に一体に形成された両側板２１ｂ、２１ｂからなる。両側板は同一形状の富士形をなし、この両側面に対して、それぞれ１台ずつ計２台の発光装置１０がネジ部材１３によって固定される。すなわち、図３（ｂ）に示すように、器具本体２１の両側板２１ｂ、２１ｂには、その傾斜辺に４個の取付孔２１ｂ１が形成される。そして、この取付孔２１ｂ１の内面側に対して発光装置１０の両側面１１ｂ、１１ｂが当接され、放熱体１１の各溝１１ａ１、１１ａ２の貫通し開放した溝部分を位置合わせする。この状態で、タッピンネジ１３を横から取付孔２１ｂ１に対してそれぞれ挿通し、タッピンネジのネジ部を横に開放した溝部分に挿入し、ネジ山を溝の両側面に切り込ませてねじ込んで固定する。また、本実施形態では、図４に示すように、器具本体２１の正面側および裏面側の板をタッピンネジ１３によって放熱体１１の正面側および裏面側の溝１１ａ３にねじ込んで固定している。

これにより、２台の発光装置１０がハの字状に配置され、ハの字の下方の開放部２２にはカバー部材２３が設けられる。カバー部材は、薄いガラスや合成樹脂などの材質で構成され、透明または光拡散性を有する乳白色などの半透明、本実施形態では透明なアクリルやポリカーボネイト製などの平板からなり、開放部２２の枠体に嵌めこまれ、着脱が可能になるように取り付けられる。

これにより、２台の発光装置１０がハの字状に配設された富士形の高天井用ＬＥＤ照明器具２０が構成される。図３（ａ）中、２４は、天板の背面側に設けられた点灯装置で、各発光装置１０に配線されて発光素子であるＬＥＤ１２ｂを点灯制御する。なお、点灯装置２４は、器具本体２１に組み込まずに、天井裏等に別置きに設置してもよい。上記構成の高天井用ＬＥＤ照明器具２０は、長さ寸法Ｌが約５５０ｍｍ、幅寸法Ｗが約３８０ｍｍ、高さ寸法Ｈが約９５ｍｍで、小型で軽量かつ省エネ形の高天井用器具として構成され、高天井に吊りボルトによって設置されたり、昇降装置によって高天井に設置されてホール等の照明を行う。

次に、上記に構成された照明器具２０の作動につき説明する。上記に構成された高天井用ＬＥＤ照明器具２０に電源を投入すると、２台の発光装置１０が同時に点灯して白色の光が放射される。各発光装置から放射された白色の光は、図４に示すように、各発光装置１０がハの字に配置されていることから床面Ｘ近辺で各光が交差し、器具直下付近、すなわち、ホール中央付近を特に明るくした照明を行うことができる。

同時に、発光装置１０が点灯されると、発光素子であるＬＥＤ１２ｂの温度が上昇し熱が発生するが、上述したように、ＬＥＤから発生する熱は、セラミックスからなる基板１２ａからアルミニウム製の熱容量の大きな放熱体１１に直接伝達され、放熱フィン１１ｄから外部に効果的に放熱される。特に、本実施形態の高天井用ＬＥＤ照明器具２０においては、各発光装置１０がハの字状に配置されることから、発光装置の背面側の角度θ１が広くなり、外気中に広く開放した状態で放熱フィン１１ｄが配設される。このため、外気が器具背面側で篭ることなく放熱フィン１１ｄ間をスムーズに流通することができ、より効果的な放熱作用が行われる。

上記のように、本実施形態の高天井用ＬＥＤ照明器具２０においては、各発光装置１０がハの字状に配置されることから、所望の配光特性を得ることができるとともに、ＬＥＤの放熱性能を高めることが可能となる。また、これら効果的な放熱作用によって、ＬＥＤ１２ｂの発光効率の低下を抑制することができ、長期にわたり明るさが低下することない、より長寿命の高天井用ＬＥＤ照明器具を提供することが可能となる。

以上、本実施形態において、発光装置１０は、以下のように構成してもよい。放熱体１１の溝は、一対の溝１１ａ１と一対の溝１１ａ２で形成したが、いずれか一方の溝を設けることで構成してもよい。この場合、形成した溝の間隔と大きさの異なる発光モジュールを取り付けることができないが、同一の大きさの発光モジュールの間隔ピッチを選択することによって、照明用途に応じた明るさや配光の発光装置を構成することができる。また、逆に、さらに大きな若しくは小さな発光モジュールに対応できるように、溝の本数を増加して形成してもよい。

また、各溝１１ａ１、１１ａ２、１１ａ３を放熱体１１の両側面１１ｂ、１１ｂに貫通して設けたが、図５（ａ）に示すように、一方の側面のみに貫通させてもよく、放熱体１１のいずれか一方の溝は、少なくとも一側面に貫通して形成されていればよい。さらに、図５（ｂ）に示すように、両側面１１ｂ、１１ｂに貫通させないように形成してもよい。

また、発光モジュール１２を固定金具１４によって放熱体１１に固定したが、図６（ａ）に示すように、基板１２ａの対角線上の対向する位置にそれぞれ１個ずつ、計２個の取付孔を形成し、この取付孔にタッピンネジ１３を挿通しねじ込むことにより、基板１２ａを直接放熱体１１に固定するようにしてもよい。この構成は、基板１２ａを、割れ等の虞のないアルミニウムや銅等の金属で構成した場合に好適な手段である。さらに、溝や溝の近辺に対して、設定ピッチを表示する目盛り線を刻印等で表示し、設置ピッチの調整をより確実に行えるようにしてもよい。

また、放熱体１１の放熱フィン１１ｄは、背面側に一体に形成したが、両側面１１ｂ、１１ｂに一体に形成してもよい。さらに、背面および両側面の両方に設けてもよい。また、形状はピン形状をなすように形成しても、さらに、表面を白色に塗装したり粗面加工を施して、より放熱面積を広くするようにてもよい。さらには、放熱体１１の背面側（他面側）の面積が広い場合には、格別に放熱フィン等を設けることなく、背面自体を放熱部１１ｄとなすようにしてもよい。

また、本実施形態の照明器具において、発光装置をハの字状に配置して富士形の器具を構成したが、図６（ｂ）に示すように、要求される配光特性に応じ、発光装置を逆ハの字状に配置し、逆富士形の器具を構成するようにしてもよい。

さらに、本実施形態において、発光素子１２ｂは、例えば、青色を発光する窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体からなるＬＥＤチップで構成されることが好適であるが、半導体レーザ、有機ＥＬなどを発光源とした発光素子が許容される。発光素子を構成するＬＥＤは、ＣＯＢ技術を用いて、マトリックス状や千鳥状または放射状など、規則的に一定の順序をもって一部または全体が配列されて実装されたものでも、ＳＭＤ形で構成されたものであってもよく、ＳＭＤ形の場合、ＬＥＤは複数個で構成されていることが好ましいが、照明の用途に応じて必要な個数は選択され、例えば、４個程度の素子群を構成し、この群１個、若しくは複数の群をなすように構成してもよい。さらには、１個のＬＥＤで構成されたものであってもよい。さらに、白色で発光するように構成することが好ましいが、照明器具の用途に応じ、赤色、青色、緑色等でも、さらには各種の色を組み合わせて構成してもよい。

また、基板１２ａの形状は、点または面モジュールを構成するために板状の円形や四角形、六角形などの多角形状、さらには楕円形状等をなすものであってもよく、目的とする配光特性を得るための全ての形状が許容される。

本実施形態において、照明器具は、高天井用ＬＥＤ照明器具に限らず、ダウンライト、スポットライト等の住宅用など小型の照明器具、さらには、天井等から全般照明を行うオフィス等、施設・業務用などの比較的大きな照明器具、さらに、高速道路や一般道路等の道路灯、公園等屋外の照明を行う防犯灯などの大型の照明器具等、各種、多様な照明器具に適用することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。

１０ 発光装置
１１ 放熱体
１１ａ 一面側
１１ａ１、１１ａ２ 溝
ａ、ｂ 間隔
１２ 発光モジュール
１３ ネジ部材
２０ 照明器具
２１ 器具本体

Claims (3)

1. 一面側を平坦に形成し、所定の間隔を有して長手方向に形成された一対の直線状をなす溝を有し、熱伝導性の金属からなる放熱体と；
   放熱体の一面側に配設される複数の発光モジュールと；
   放熱体の一対の溝に対してねじ込むことによって発光モジュールを放熱体に取り付けるためのネジ部材と；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
2. 前記放熱体のいずれか一方の溝は、少なくとも一側面に貫通して形成したことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 器具本体と；
   器具本体に装着される請求項１または２に記載の発光装置と；
   を具備していることを特徴とする照明器具。
   

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