JP2012199008A - 照明装置、およびそれを備えた照明機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の放熱性が良好な照明装置を得る。
【解決手段】照明装置１は、発光面８を有する光源モジュール７と、光源モジュール７を載置する端面４ａ・４ｂと、端面４ａ・４ｂに連続して形成された外周面５ａ・５ｂとにより形成され、外周面５ａ・５ｂの端面４ａ・４ｂと反対側に取付口６を有する載置部材２とを備え、載置部材２は、端面４ａ・４ｂと取付口６とを通る断面によって分割されており、この断面は、光源モジュール７と交差するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置、およびそれを備えた照明機器に関するものであり、特に、光源の放熱特性を向上させるための部材を設けた照明装置、およびその照明装置を備えた照明機器に関する。

近年、従来の白熱電球に比べて小型化、省電力化、長寿命化が可能となる発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と称する）を採用した照明装置の開発が盛んに行われている。

一例として、特許文献１及び２に開示されたような照明装置がある。図６は、従来の照明装置９１の構成を説明するための分解図である。照明装置９１には、一端に口金９９が設けられている。照明装置９１は、他端の開口部に向けてラッパ状に広がるラッパ状部材（ヒートシンク）９２と、このラッパ状部材９２の開口部に取り付けられて内面に蛍光体の層を有する透光性カバー８１と、ラッパ状部材９２と透光性カバー８１とにより形成された略球体の内部に設けられた基板８２と、この基板８２の透光性カバー８１に対向する外面に実装されたＬＥＤ素子９７とを備えた構造を有している。

特開２００１−２４３８０７号公報（２００１年９月７日公開） 特開２００１−２４３８０９号公報（２００１年９月７日公開）

ＬＥＤ素子は、信頼性・エネルギー効率の点から高温状態を避けることが望ましい。従って、ＬＥＤ素子を用いた照明装置には高い放熱性が求められる。しかしながら、図６に示す従来の照明装置９１の構造では、ＬＥＤ素子９７が実装された基板８２とラッパ状部材９２との間に接着剤や空気層が存在しており、この接着剤や空気層による熱抵抗が生じる。このため、ＬＥＤ素子９７から発生する熱を効率的にラッパ状部材９２に伝えることができない。従って、ＬＥＤ素子９７から発生する熱の放熱性が低下する。即ち、光源であるＬＥＤ素子９７からの熱伝導の経路に、基板８２とラッパ状部材９２との間の接合部（接着剤や空気層）が存在し、その接合部での熱抵抗が照明装置全体の放熱性を低下させているという問題があった。

ＬＥＤ素子９７から発生する熱の放熱性を向上させるために、光源実装部（基板８２）と放熱部（ラッパ状部材９２）とが一体となったヒートシンクを構成することも考えられる。しかしながら、このような一体構成は、製造コスト、組み付け性の点で問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光源の放熱性を高めることにより信頼性の高い照明装置およびその照明装置を備えた照明機器を提供することにある。

本発明に係る照明装置は、１個以上の発光面を有する光源モジュールと、前記光源モジュールを載置する端面と、前記端面に連続して形成された外周面とにより形成され、前記外周面の前記端面と反対側に取付口を有する載置部材とを備え、前記載置部材は、前記端面と前記取付口とを通る断面によって分割されていることを特徴とする。

この特徴により、端面と取付口とを通る断面によって載置部材が分割されるので、端面に載置された光源モジュールに発生した熱は、端面に連続して形成された外周面を通って放熱される。このため、従来技術の構成のように、載置部材に分割面が無く、熱抵抗が生じない。この結果、光源の放熱性を高めることにより信頼性の高い照明装置を得ることができる。

本発明に係る照明装置では、前記断面は、前記光源モジュールと交差するように形成されていることが好ましい。

上記構成により、光源モジュールから発生した熱は、端面上を放射状に均一に広がり均等に伝わる。このため、光源の放熱性がより一層良好な照明装置を得ることができる。

本発明に係る照明装置では、前記断面は、前記分割された載置部材の嵌め合わせのために折れ曲がって形成されていることが好ましい。

上記構成により、載置部材全体での放熱性を高めるとともに、分割された載置部材を容易に嵌め併せて照明装置を製造することができる。

本発明に係る照明装置では、前記載置部材の前記端面の反対側に配置されて前記載置部材を保持する保持部材をさらに備えることが好ましい。

上記構成により、載置部材を伝熱した熱が、さらに、樹脂カバー（グローブ）、口金等の保持部材を通って放熱されるので放熱性をさらに高めることができ、さらに、組立性を高め、低コストとすることができる。

本発明に係る照明装置では、前記光源モジュールに電力を供給するために前記載置部材の内部に設けられた電源回路基板をさらに備えることが好ましい。

上記構成により、電源回路基板が載置部材の内部に設けられるので、電源回路基板から発生する熱を、載置部材の高い放熱性により効率よく放熱することができる。

本発明に係る照明装置では、前記載置部材は、前記断面によって２つの要素に分割されていることが好ましい。

上記構成により、光源の放熱性が良好な照明装置を簡単な構成で得ることができる。

本発明に係る照明機器は、本発明に係る照明装置を搭載したことを特徴とする。

本発明に係る照明装置は、光源モジュールを載置する端面と、端面に連続して形成された外周面とにより形成され、外周面の端面と反対側に取付口を有する載置部材を備え、載置部材は、端面と取付口とを通る断面によって分割されている。このため、端面に載置された光源モジュールに発生した熱は、端面に連続して形成された外周面を通って放熱される。従って、従来技術の構成のように、載置部材に分割面が無く、熱抵抗が生じない。この結果、光源の放熱性を高めることにより信頼性の高い照明装置を得ることができる。

（ａ）は実施の形態１に係る照明装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記照明装置に設けられた載置部材を取付口側から見た斜視図である。 （ａ）は上記照明装置の外観を示す正面図であり、（ｂ）は上記正照明置の構成を示す断面図である。 （ａ）は上記照明装置の作用を説明するための簡易モデルを示す斜視図であり、（ｂ）は従来の照明装置の作用を説明するための簡易モデルを示す斜視図である。 （ａ）は実施の形態２に係る照明装置のカバーをのぞいた構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記照明装置のカバーをのぞいた構成を模式的に示す図である。 （ａ）は上記照明装置の外観を示す正面図であり、（ｂ）は上記照明装置の構成を示す断面図である。 従来の照明装置の構成を説明するための分解図である。

本発明の照明装置に関する実施の一形態について図１〜図５に基づいて説明すれば以下のとおりである。以下に実施の形態１及び２について説明するが、本発明はこれらに限定されない。

（実施の形態１）
図１（ａ）は実施の形態１に係る照明装置１の構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は照明装置１に設けられた載置部材２を取付口６側から見た斜視図である。図２（ａ）は照明装置１の外観を示す正面図であり、図２（ｂ）は照明装置１の構成を示す断面図である。

（光源モジュール）
照明装置１は、板状の光源モジュール７を備えている。光源モジュール７の上には、発光面８が搭載されている。発光面８は、ＬＥＤ、エレクトロルミネッセンス素子等の発光素子によって構成されている。

発光面８を１個設けた例を図１（ａ）に示しているが、２個以上の発光面を設けても良い。光源モジュール７は、その発光素子を搭載した基板を設けた構造を有している。発光素子としてＬＥＤを用いる場合は、セラミック基板上に複数または単数のＬＥＤチップを実装したものを用いることが好ましい。また、発光素子を基板に固定し、発光素子の放熱を高める放熱部材（図示せず）を適宜基板上に設けてもよい。

（放熱のための載置部材）
照明装置１には、載置部材２が設けられている。載置部材２は、光源モジュール７を載置する半円状の端面４ａ・４ｂと、端面４ａ・４ｂに連続して形成されたラッパ状の外周面５ａ・５ｂとにより形成され、外周面５ａ・５ｂの端面４ａ・４ｂと反対側に取付口６を有している。端面４ａと外周面５ａとは分割部３ａを構成し、端面４ｂと外周面５ｂとは分割部３ｂを構成する。分割部３ａと分割部３ｂとは、載置部材２を構成する。

光源モジュール７は、端面４ａ・４ｂの中心に端面４ａ・４ｂを跨ぐように配置されている。載置部材２は、端面４ａ・４ｂの中央を光源モジュール７に交差して通り、端面４ａ・４ｂに垂直な断面により、端面４ａ及び外周面５ａと、端面４ｂ及び外周面５ｂとに２分割されている。

光源モジュール７の発光面８から生じた熱は、端面４ａから外周面５ａを通って、及び端面４ｂから外周面５ｂを通って放熱される構成となっている。図１及び図２では、外周面５ａ・５ｂは、外部に設けて放熱しているが、更に樹脂カバーを設けた構成とし、ヒートシンク（載置部材２）の熱を積極的に樹脂カバーに伝える構成としても構わない。何れの構成としても光源モジュールの放熱を向上させることができるため、信頼性の高い照明装置とすることが出来る。

載置部材（ヒートシンク）２は、アルミ等の金属、あるいは、樹脂から構成されることが望ましい。載置部材（ヒートシンク）２は、光源モジュール７を実装するための端面４ａ・４ｂと、この端面４ａ・４ｂの背面側に電源を取付るための取付口６を備えており、光源モジュール７への電源供給はこの取付口６を経由して行われる。

（口金）
照明装置１は、口金９を備えている。口金９は、載置部材２の端面４ａ・４ｂの反対側に配置されて載置部材２を保持する。口金９は、照明装置１の外部電源と光源モジュール７とを接続するための部材である。照明機器に照明装置１を固定する際、照明機器に設けた取り付け部と口金９とが固定され、外部電源が照明装置１に供給される構造となっていれば良い。また、実施の形態１の照明装置１が白熱電球の代替となる場合は、口金９が白熱電球のものと同等の構造になっていれば、実施の形態１の照明装置１と白熱電球とを容易に交換することができる。

（実施の形態１の照明装置の放熱原理）
図３（ａ）は照明装置１の放熱作用を説明するための簡易モデルを示す斜視図であり、図３（ｂ）は従来の照明装置の放熱作用を説明するための簡易モデルを示す斜視図である。説明の簡単のため、載置部材（ヒートシンク）２・９２は片側の端面に円形の光源モジュール実装面を有する円筒形状として描いた。

また、図３（ａ）に示される本実施の形態に係る載置部材（ヒートシンク）２の分割面は、光源モジュール７の実装面の中心を通り、円筒部を二等分する平面である。これに対して、図３（ｂ）に示される従来型載置部材（ヒートシンク）９２の分割面は、光源モジュール実装面部９３ａと円筒部９３ｂとを分離する平面としている。

図３（ａ）及び（ｂ）に示されるそれぞれのヒートシンクの分割面を接着剤や両面テープ等で接合し、円形の端面中央に光源モジュール７・９７を設置した場合、図３（ｂ）に示される従来型の載置部材（ヒートシンク）９２では、光源モジュール９７からの熱が、ヒートシンクの分割部９３ｂの分割部９３ａの反対側の端部まで伝導する途中で、ヒートシンクの分割面（分割部９３ａと分割部９３ｂとの間）を通過する必要がある。このため、分割面に生じる熱抵抗が載置部材（ヒートシンク）９２の放熱性を低下させる。

一方、本実施の形態に係る載置部材（ヒートシンク）２では、光源モジュール７からの熱は、載置部材２が端面と取付け口とを通る断面により分割されているので、載置部材（ヒートシンク）２の端部にまで伝導する途中で、ヒートシンクの分割面を通過することはない。また、光源モジュール７から発生した熱が、分割された載置部材（ヒートシンク）２に均等に伝わる状態では、分割された載置部材（ヒートシンク）２の分割部３ａ・３ｂ間に温度差はなく、分割された分割部３ａ・３ｂ間に熱移動を生じない。このため、図３に示す従来の構成のように、分割面の熱抵抗がヒートシンクの放熱性を低下させることがない。

（放熱作用の解析値）
載置部材（ヒートシンク）９２の分割面において発生する熱抵抗は、分割部９３ａ・９３ｂ間に介在する接着剤・両面テープの厚さ・物性値の他、空気層の有無によって変化する。一例として、図３（ａ）（ｂ）に示す両ヒートシンク分割面の介在物の厚さ・熱伝導率を変化させた際の、光源モジュール７・９７の基板温度の解析値を表１に示す。なお、表１に示す解析値は、載置部材（ヒートシンク）２・９２の材質をアルミニウムとした場合のものであり、外気温は３５℃、光源モジュール７・９７の発熱量は４．０Ｗとしている。

両ヒートシンク分割面の介在物を、熱伝導率２．０［Ｗ／ｍＫ］、厚さ０．１ｍｍの両面テープとしたときの基板温度は、図３（ｂ）に示す従来の構成では８０．６℃であり、図３（ａ）に示す本実施の形態の構成では７９．７℃であった。両面テープの厚さを０．５ｍｍに厚くすると、従来の構成での基板温度は８１．９℃であり、本実施の形態の構成での基板温度は７９．９℃であった。また、両ヒートシンク分割面の介在物を、熱伝導率０．０２９［Ｗ／ｍＫ］、厚さ０．１ｍｍの空気層としたときの基板温度は、従来の構成では９４．１℃であり、本実施の形態の構成では７９．７℃であった。このように、表１より、本実施の形態に係る構成のヒートシンクは、分割面の状態によらず高い放熱性を保つと言える。

なお、実施の形態１では、載置部材２が、端面４ａ・４ｂの中央を通り、端面４ａ・４ｂに垂直な断面により、端面４ａ及び外周面５ａと、端面４ｂ及び外周面５ｂとに２分割されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。端面４ａ・４ｂと取付口６とを通り、端面４ａ・４ｂに斜交する断面により分割してもよいし、また、２分割に限らず、３分割してもよいし、４分割してもよい。さらに、この断面は平面であることが好ましいが、本発明はこれに限定されず、この断面は曲面であってもよく、嵌合のための凹凸が形成されて、折れ曲がって形成されていてもよい。後述する実施の形態２においても同様である。

（実施の形態２）
（実施の形態２に係る照明装置の概略構成）
図４（ａ）は実施の形態２に係る照明装置１ａのカバーをのぞいた構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は照明装置１ａのカバーをのぞいた構成を模式的に示す図である。図５（ａ）は照明装置１ａの外観を示す正面図であり、（ｂ）は照明装置１ａの構成を示す断面図である。実施の形態１において前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要素の詳細な説明は繰り返さない。

載置部材２は、その内部に空洞を有している。実施の形態２の照明装置１ａが実施の形態１の照明装置１と異なる点は、この空洞に、光源モジュール７と、照明装置１ａの外部に設けられた電源回路とを接続する電源回路基板１０を収納している点である。

照明装置１ａは、板状の光源モジュール７を備えている。光源モジュール７の上には、発光面８が搭載されている。照明装置１ａには、載置部材２が設けられている。載置部材２は、光源モジュール７を載置する端面４ａ・４ｂと、端面４ａ・４ｂに連続して形成されたラッパ状の外周面５ａ・５ｂとにより形成され、外周面５ａ・５ｂの端面４ａ・４ｂと反対側に取付口６を有している。端面４ａと外周面５ａとは分割部３ａを構成し、端面４ｂと外周面５ｂとは分割部３ｂを構成する。分割部３ａと分割部３ｂとは、載置部材２を構成する。

光源モジュール７は、端面４ａ・４ｂの中央に配置されている。載置部材２は、端面４ａ・４ｂの中央を光源モジュール７に交差して通り、端面４ａ・４ｂに垂直な断面により、端面４ａ及び外周面５ａと、端面４ｂ及び外周面５ｂとに２分割されている。

照明装置１ａは、口金９を備えている。口金９は、載置部材２の端面４ａ・４ｂの反対側に配置されて載置部材２を保持する。口金９は、照明装置１の外部電源と光源モジュール７とを接続するための部材である。
（電源回路基板）
載置部材２の内部に形成された空洞には、光源モジュール７と照明装置１ａの外部に設けられた電源回路とを接続する電源回路基板１０が収納されている。電源回路基板１０は、光源モジュール７に電力を供給するために載置部材２の内部に設けられている。

電源回路基板１０は、口金９に供給された電源を、光源モジュール７の特性に適した入力に変換する。電源回路基板１０は、載置部材２（ヒートシンク）内部の空洞に配置することが好ましいが、口金９の内部に配置してもよい。

実施の形態１及び２に係る照明装置は、白熱電球の代替として検討されたものである。白熱電球の代替とする場合、載置部材２（ヒートシンク）の取付口６に白熱電球用の口金９を取り付け、載置部材２（ヒートシンク）内部の空間には、光源モジュール７と口金９とを接続する電源回路基板１０を収納する。そして、照明装置１の口金９を照明機器の取り付け部に取り付ける。

上記構造においては、電源回路基板１０が新たな熱源となるため、実施の形態１及び２の載置部材２（ヒートシンク）の高い放熱性がより適した形態となっている。また、実施の形態１及び２の載置部材２（ヒートシンク）は、従来型のヒートシンクと比較し、電源取付口６に取り付けられた口金９に光源モジュール７の熱をより多く伝えることができるため、口金９を放熱部材として効率的に活用することができる。

（応用）
照明装置としては、図２及び図５に示すように電球のような構成のものがある。実施の形態１及び２に係る照明装置は、従来の電球と比べ、低消費電力であり、電球の口金と同じ供給部を備えることにより、電球との代替が容易であることから、電球を用いた照明機器に適用することができる。また、実施の形態１及び２に係る照明装置は、載置部材２（ヒートシンク）を縦方向に分割して熱の放熱領域を広くしている点に特徴がある。こうしたヒートシンクを用いる照明装置とすれば、電球以外の照明装置にも適用することができ、屋内外の照明機器に適用することが出来る。さらに、自動車等のヘッドライト、リアライトといった照明への代替も可能である。

従来の電球型照明装置は、ＬＥＤ実装部と放熱部とが別部材になっているか、一体になっているかのいずれかであり、別部材になっている場合には、熱抵抗により放熱性が低下するという問題が発生し、一体になっている場合には、組み立て性・製造コストの問題があった。載置部材２（ヒートシンク）を、光源モジュール７を通る断面に沿って分割した実施の形態１及び２に係る照明装置では、光源モジュール７から載置部材２（ヒートシンク）の末端までの伝熱経路に部材間接続部が無く、熱抵抗を低く抑えることができる。さらに、載置部材２の分割部３ａ・３ｂは、プレス等の安価な成型が可能で、組み付け性も容易であり、コストも低く抑えることができる。

このように、載置部材２（ヒートシンク）の断面を、光源モジュール７を通るように配置して分割することにより、光源モジュール７からの熱伝導の経路を遮らず、照明装置の放熱性を高めることができる。さらに、加工コスト及び組み付け性を悪化させることもない。

即ち、光源モジュール７からの熱が載置部材２（ヒートシンク）の分割面を通過せずに端部にまで伝導する。このため、接着剤・空気層等の熱抵抗の無い理想的な放熱状態を得ることができる。また、従来構造と同様にプレス加工等の安価な成型が可能であり、載置部材２（ヒートシンク）の分割面を対称面とすることにより、単一のラインで生産可能であることから、コスト削減にもつながる。

また、載置部材２（ヒートシンク）内の空洞に電源回路基板を収容し、光源モジュール７からの熱が載置部材２（ヒートシンク）の端部まで効率的に伝導するため、光源実装面の背面に位置する口金を放熱部位として効率的に利用することができる。また、載置部材２（ヒートシンク）内部の電源回路基板から生じる熱についても、載置部材２（ヒートシンク）口金９により効率的に放熱される。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、照明装置、およびそれを備えた照明機器に適用することができ、特に、光源の放熱特性を向上させるための部材を設けた照明装置、およびその照明装置を備えた照明機器に適用することができる。また、本発明は、室内に設置される照明機器はもちろんのこと、室外に設置される照明機器、及び自動車のヘッドライト等の照明にも適用することができる。

１ 照明装置
２ 載置部材
３ａ、３ｂ 分割部
４ａ、４ｂ 端面
５ａ、５ｂ 外周面
６ 取付口
７ 光源モジュール
８ 発光面
９ 口金（保持部材）
１０ 電源回路基板
１１ カバー

Claims (7)

1. １個以上の発光面を有する光源モジュールと、
   前記光源モジュールを載置する端面と、前記端面に連続して形成された外周面とにより形成され、前記外周面の前記端面と反対側に取付口を有する載置部材とを備え、
   前記載置部材は、前記端面と前記取付口とを通る断面によって分割されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記断面は、前記光源モジュールと交差するように形成されている請求項１に記載の照明装置。
3. 前記断面は、前記分割された載置部材の嵌め合わせのために折れ曲がって形成されている請求項１に記載の照明装置。
4. 前記載置部材の前記端面の反対側に配置されて前記載置部材を保持する保持部材をさらに備える請求項１に記載の照明装置。
5. 前記光源モジュールに電力を供給するために前記載置部材の内部に設けられた電源回路基板をさらに備える請求項１に記載の照明装置。
6. 前記載置部材は、前記断面によって２つの要素に分割されている請求項１に記載の照明装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の照明装置を搭載したことを特徴とする照明機器。
   

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