JP2013069587A - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱体に対する、ＬＥＤモジュールの基板と、枠体との取付位置を工夫したＬＥＤ照明器具を提供する。
【解決手段】実施形態のＬＥＤ照明器具は、放熱体とＬＥＤモジュールと枠体とを備えている。放熱体は、放熱面と、放熱面の裏側である光ガイド空間側に設けられた基板支持面と、基板支持面よりも面方向の外側で基板支持面よりも放熱面側にくぼんで設けられたフランジ部とを有する。ＬＥＤモジュールは、基板支持面に接触して設けられた基板と、光ガイド空間に臨んで基板に実装されたＬＥＤ素子とを有する。枠体は、フランジ部に重ねられて固定された端部と、端部から光ガイド空間側に延びて光ガイド空間を囲む筒部とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源に用いたＬＥＤ照明器具に関する。

ＬＥＤは、長寿命、低消費電力、耐衝撃性、高速応答性、高純度表示色、軽薄短小化の実現等の特徴から、産業分野のみならず一般照明用としても普及が進んでいる。

特開２０１１−１３４７２５号公報

放熱体に対する、ＬＥＤモジュールの基板と、枠体との取付位置を工夫したＬＥＤ照明器具を提供する。

実施形態のＬＥＤ照明器具は、放熱体と、ＬＥＤモジュールと、枠体とを備えている。前記放熱体は、放熱面と、前記放熱面の裏側である光ガイド空間側に設けられた基板支持面と、前記基板支持面よりも面方向の外側で、前記基板支持面よりも前記放熱面側にくぼんで設けられたフランジ部と、を有する。前記ＬＥＤモジュールは、前記基板支持面に接触して設けられた基板と、前記光ガイド空間に臨んで前記基板に実装されたＬＥＤ素子と、を有する。前記枠体は、前記フランジ部に重ねられて固定された端部と、前記端部から前記光ガイド空間側に延びて前記光ガイド空間を囲む筒部と、を有する。

本発明によれば、照明器具の横方向サイズの拡大を抑えつつ、発光面積の拡大を期待できる。

（ａ）は、実施形態のＬＥＤ照明器具の上面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線方向の部分断面図。 実施形態のＬＥＤ照明器具における放熱体の平面図。 実施形態のＬＥＤ照明器具における放熱体の斜視図。 実施形態のＬＥＤ照明器具における放熱体、基板及び枠体の断面図。 実施形態のＬＥＤ照明器具におけるＬＥＤモジュールの平面図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１（ａ）は、実施形態のＬＥＤ照明器具１の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線方向の部分断面図に対応する。

実施形態のＬＥＤ照明器具（以下、単に照明器具ともいう）１は、天井に設けられた埋込孔に取り付けられるダウンライトである。

実施形態の照明器具１は、主に、放熱体１０と、ＬＥＤモジュール４０と、枠体６０とを有する。

まず、放熱体１０について説明する。

図２は、放熱体１０における基板支持面１１側の平面図である。
図３は、放熱体１０における基板支持面１１の反対側の放熱面６側の斜視図である。
図４は、図１（ｂ）における放熱体１０、基板４１および枠体６０を抽出した拡大断面図である。

図４に示すように、放熱体１０は、プレート状のベース部５を有する。そのベース部５における一方の面側には放熱面６が形成されている。放熱面６上には、図３に示すように、複数の放熱フィン２１が突出して設けられている。

ベース部５における放熱面６の裏側には、基板支持面１１が設けられている。図２に示すように、基板支持面１１は、円周の一部を欠いた略円形の平面形状を有する。基板支持面１１の面方向の中央には、ベース部５を貫通する本体貫通孔１２が形成されている。基板支持面１１の外周側には、複数（例えば３つ）の基板取付孔１４が形成されている。基板取付孔１４は、ベース部５を貫通するネジ孔である。

基板支持面１１よりも面方向の外側には、フランジ部１３が設けられている。フランジ部１３は、図４に示すように、基板支持面１１よりも放熱面６側にくぼんだ凹部の底であり、基板支持面１１とフランジ部１３との間に段差が形成されている。

図２に示すように、フランジ部１３は、基板支持面１１の周囲を連続して囲んでいる。フランジ部１３には、複数（例えば３つ）の取付孔１６が形成されている。取付孔１６は、図４に示すように、放熱フィン２１側に入り込んだ有底のネジ孔として形成されている。取付孔１６にねじ込まれるネジによって、後述する枠体６０の上端部６２がフランジ部１３にネジ止めされる。

また、図２に示すように、基板支持面１１とフランジ部１３との境界には、複数（例えば２つの）位置決めボス１５が紙面手前に突出して設けられている。

図４に示すように、フランジ部１３の外周縁部には、筒状の側壁部１８が設けられている。側壁部１８は、フランジ部１３から、放熱面６の反対側（図４における下方）に延びている。側壁部１８は、フランジ部１３及び基板支持面１１の周囲を連続して囲み、その内側に光ガイド空間１００を形成する。すなわち、放熱面６の裏側に、基板支持面１１及び側壁部１８で囲まれた光ガイド空間１００が形成されている。

放熱面６上から突出して設けられた複数の放熱フィン２１は、図１（ａ）に示す平面視で同じ方向（図１（ａ）において横方向）に延びている。また、図１（ｂ）及び図３に示すように、放熱体１０における側壁部１８の外壁にも複数の放熱フィン２１が設けられている。

複数の放熱フィン２１のうち一部の放熱フィンは、他の放熱フィンよりも放熱面６上からの突出高さが低くなっている。図３において、突出高さが他の放熱フィンよりも低い放熱フィンを符号２１ａで表す。

その低い放熱フィン２１ａを挟む一対の放熱フィン（図３において符号２１ｂで表す）間の間隔は、他の放熱フィン２１間の間隔よりも広くなっている。

また、図３及び図４に示すように、本体貫通孔１２を囲む側壁のうち、低い放熱フィン２１ａ側の側壁２３の高さが他の側壁よりも低くなっており、切欠き３１が形成されている。その側壁２３と、低い放熱フィン２１ａとの間には、ケーブル支持台座２２が設けられている。ケーブル支持台座２２は、放熱面６上から突出して設けられ、その突出高さは、低い放熱フィン２１ａより高く、側壁２３よりは低い。

放熱体１０は、例えばアルミニウムまたはアルミニウムを主成分として含む金属をダイキャスト法で成型してなり、ベース部５、フランジ部３、側壁部１８、放熱フィン２１、２１ａ、２１ｂおよびケーブル支持台座２２は一体に設けられている。また、放熱体１０の全表面には、放熱性を向上させるために、例えばアルマイト処理によりアルミニウムの酸化皮膜が形成されている。

次に、ＬＥＤモジュール４０について説明する。
図５（ａ）は、ＬＥＤモジュール４０の平面図である。

ＬＥＤモジュール４０は、基板４１と、基板４１上に実装された複数のＬＥＤ素子４２と、１つのコネクタ４５とを有する。ＬＥＤ素子４２とコネクタ４５は、基板４１における同じ面（実装面）に実装され、その実装面の反対側の裏面が、放熱体１０の基板支持面１１に接触される。

基板４１は、略円形の外形を有する。基板４１の面方向の中央には、基板貫通孔４３が形成されている。基板４１における基板貫通孔４３の近傍に、コネクタ４５が実装されている。

複数のＬＥＤ素子４２は、基板貫通孔４３及びコネクタ４５の周囲に実装されている。すなわち、基板貫通孔４３及びコネクタ４５よりも実装面の外周側に、複数のＬＥＤ素子４２が周方向に沿って配列されている。

図５（ａ）に示す例では、５個または６個のＬＥＤ素子４２を１グループとする６つのＬＥＤ素子グループが、実装面の周方向にほぼ等間隔で配列されている。基板４１上における合計のＬＥＤ素子４２の個数、１グループあたりのＬＥＤ素子４２の個数、ＬＥＤ素子４２のグループ数などは、図５（ａ）に示す形態に限らず、任意である。

ＬＥＤ素子４２の素子基板（またはパッケージ基板）と、ＬＥＤモジュール４０の基板４１とは、熱膨張率が同じか、あるいは近いことが好ましい。例えば、ＬＥＤ素子４２の素子基板として、セラミック基板を用いている。

また、ＬＥＤモジュール４０の基板４１として、金属板を用いている。さらに具体的には、アルミニウムや銅に比べて、ＬＥＤ素子４２のセラミック基板との間の熱膨張率差が小さい鉄基板を用いている。

基板４１の実装面は例えば樹脂等の絶縁膜で覆われ、その絶縁膜上に、図５（ｂ）に示される配線パターン４９が形成されている。基板４１は、配線パターン４９が形成された配線領域４７と、配線領域４７よりも外周側であって配線パターン４９が形成されていない外周領域４８とを有する。

配線パターン４９は、例えば銅材料からなる。図５（ｂ）において、配線パターン４９間の絶縁部分は、白いライン状に示される。配線パターン４９は、ライン状ではなく、ベタパターン状に形成され、配線領域４７における配線パターン４９の面積は、配線パターン４９間を絶縁分離する絶縁部分（図５（ｂ）において白いライン状部分）の面積よりも広い。したがって、配線パターン４９を介したＬＥＤ素子４２の熱の放熱性を高めることができる。

各ＬＥＤ素子４２は、アノード側外部端子とカソード側外部端子とを有し、それら外部端子が配線パターン４９に、例えばはんだにより接合されている。コネクタ４５は、＋側端子と−側端子とを有し、それら端子が配線パターン４９に、例えばはんだにより接合されている。複数のＬＥＤ素子４２及び１つのコネクタ４５は、配線パターン４９を介して電気的に直列接続されている。

また、基板４１における外周側には、複数（例えば５つ）の貫通孔４４ａ、４４ｂが形成されている。図５（ｂ）に示すように、貫通孔４４ａ、４４ｂの周辺には配線パターン４９が形成されていない。したがって、貫通孔４４ａに挿入されるネジによって基板４１を、図２に示す基板支持面１１に対してネジ止めした状態で、ネジの頭部が配線パターン４９に接触せず、ネジの頭部が配線パターン４９を押圧しない。

ＬＥＤ素子４２は、光の放出面を基板４１の実装面の反対側に向けて実装されている。ＬＥＤ素子４２及びコネクタ４５が実装された実装面の反対側の裏面は、図２に示す放熱体１０の基板支持面１１に重ねられる。

基板貫通孔４３は、放熱体１０の本体貫通孔１２に重ねられる。また、基板４１に形成された５つの貫通孔４４ａ、４４ｂのうち、３つの貫通孔４４ａのそれぞれが、基板支持面１１に形成された３つの基板取付孔１４に重ねられる。他の２つの貫通孔４４ｂには、位置決めボス１５が挿入される。位置決めボス１５を貫通孔４４ｂに挿入して、基板支持面１１に基板４１を重ねることで、貫通孔４４ａは基板取付孔１４に位置合わせされ、基板貫通孔４３は本体貫通孔１２に位置合わせされる。

そして、貫通孔４４ａを通じて基板取付孔１４にネジがねじ込まれる。これにより、ＬＥＤモジュール４０が、放熱体１０に対して取り付けられる。基板４１の裏面は、放熱体１０の基板支持面１１に密着して固定される。したがって、ＬＥＤモジュール４０から放熱体１０への熱伝導性が高まる。ＬＥＤモジュール４０の基板４１は金属板であり、樹脂基板やセラミック基板よりも熱伝導がよい。

基板４１の端部の確実な絶縁性確保のため、図５（ｂ）を参照して前述したように、基板４１の外周領域４８には配線パターン４９が形成されていない。その外周領域４８は、図４に示すように、基板支持面１１から面方向にフランジ部１３側に突出している。基板支持面１１から突出した外周領域４８の裏面は、空間を隔ててフランジ部１３に重なっている。

なお、外周領域４８の幅方向（径方向）のすべての領域が基板支持面１１から突出している場合もあるし、外周領域４８における配線領域４７側の一部領域は基板支持面１１から突出せず、基板支持面１１に重なっている場合もある。

配線パターン４９が形成された配線領域４７の裏面は、基板支持面１１に接触している。したがって、ＬＥＤ素子４２の熱を、配線パターン４９及び金属製の基板４１を介して、放熱体１０に効率よく伝導させることがきる。

コネクタ４５には、図５（ａ）に示すように電気ケーブル４６が接続されている。その電気ケーブル４６及び配線パターン４９を通じて、各ＬＥＤ素子４２に電流が供給される。

電気ケーブル４６は、基板貫通孔４３及び本体貫通孔１２を通じて放熱面６側に導出され、図１（ｂ）に示す端子台９２に接続されている。端子台９２は、照明器具１の外方に導出された電気ケーブル３５を通じて、図示しない外部電源に接続されている。

端子台９２は、放熱フィン２１の上端に対してネジ止めされる取付プレート９１によって、図３に示す低い放熱フィン２１ａの上方の空間１９に設けられている。

図３に示すように、低い放熱フィン２１ａを挟む一対の放熱フィン２１ｂにはネジ孔２４が形成されている。さらに、本体貫通孔１２の近傍にもネジ孔２５が形成されている。取付プレート９１は、それらネジ孔２４、２５にねじ込まれるネジ９３（図１（ａ）に図示）によって、放熱体１０に対して固定されている。

端子台９２は、取付プレート９１の下面側に設けられ、放熱フィン２１ａの突出高さが他の放熱フィンよりも低く形成されたことで生じた放熱フィン２１ａ上方の空間１９に入り込んでいる。

その空間１９にはケーブル支持台座２２が設けられ、ケーブル支持台座２２には、図１（ａ）に示すネジ９４によってケーブルガイド３２が取り付けられている。ＬＥＤモジュール４０のコネクタ４５に接続され、基板貫通孔４３及び本体貫通孔１２を通じて放熱フィン２１側に導出された電気ケーブル４６は、本体貫通孔１２周囲の側壁２３に形成された切欠き３１からケーブルガイド３２に導かれ、さらにケーブルガイド３２を通されて端子台９２へと導かれている。

したがって、電気ケーブル４６を、本体貫通孔１２の側壁及び放熱フィン２１に妨げられることなく、上記空間１９に設けられた端子台９２にまで、短い距離で導くことができる。したがって、放熱フィン２１側における電気ケーブル４６の引き回し長さの増長を抑えることができ、放熱フィン２１の数、突出高さ、形状、レイアウトなどの自由度を高くできる。すなわち、放熱設計の自由度を高くして、より高い放熱性の実現が可能となる。

また、実施形態によれば、コネクタ４５は基板４１の中央部に実装され、その周囲に複数のＬＥＤ素子４２が実装されている。コネクタ４５は基板４１の外周側に実装されていない。そのため、基板４１の外周側に、より大きな密度でＬＥＤ素子４２を実装することが可能になり、広い配光を実現できる。

また、コネクタ４５に接続された電気ケーブル４６を、コネクタ４５と同様に基板４１の中央部に形成された基板貫通孔４３を通じて、発光面の裏側に導出することで、発光面側を引き回されるケーブル長を短くできる。したがって、電気ケーブル４６が陰になるなど、電気ケーブル４６が光学特性に与える影響を抑えることができる。

次に、図４を参照して、枠体６０について説明する。

枠体６０は、放熱体１０の側壁部１８の内面及び下端部を覆う化粧枠として機能する。また、ＬＥＤモジュール４０から放出される光の配光または遮光を制御する機能も有する。

枠体６０は、放熱体１０の側壁部１８の内側に重ねられた筒部６１を有する。筒部６１の上端には、筒部６１の内側に折り曲げられた上端部６２が設けられている。上端部６２は、リング状に形成され、放熱体１０のフランジ部１３に重ねられる。そして、上端部６２を貫通して、フランジ部１３に形成された図２に示すネジ孔１６にねじ込まれるネジによって、上端部６２がフランジ部１３にネジ止め固定される。

筒部６１は、上端部６２から光ガイド空間１００側に延びて光ガイド空間１００を囲む。筒部６１の下端には、筒部６１の外側に折り曲げられた下端部６３が設けられている。下端部６３は、リング状に形成され、放熱体１０の側壁部１８の下端を覆い隠す。

枠体６０は、例えば金属製であり、筒部６１、上端部６２および下端部６３は一体に設けられている。

実施形態によれば、放熱体１０の基板支持面１１よりも外周に、基板支持面１１との間に段差を形成してフランジ部１３を設けている。したがって、基板支持面１１からはみ出す基板４１の端部と、フランジ部１３に固定される枠体６０の上端部６２とは、空間を隔てて上下に重ねることができ、相互に干渉しない。

したがって、枠体６０の内径寸法の拡大を抑えつつ、基板４１のサイズの拡大を図れる。すなわち、照明器具１の横方向サイズの拡大を抑えつつ、発光面積の拡大を図れる。

なお、フランジ部１３は、基板支持面１１よりも放熱面６側にくぼんでいるため、枠体６０の上端部６２は発光面を遮蔽していない。

また、短い筒部６１を新たに作製することなく、既存の長さの筒部６１を流用して、照明器具１の薄型化に対応できる。

筒部６１の内側の光ガイド空間１００には、図１（ｂ）に示すように、反射板５２が設けられている。反射板５２には、複数の光ガイド孔５３が貫通孔として形成されている。

光ガイド孔５３からＬＥＤ素子４２を臨ませて、反射板５２はＬＥＤモジュール４０の基板４１に重ね合わされる。光ガイド孔５３の内壁面には反射膜が形成されている。また、反射板５２において、基板４１に対する反対側の表面にも反射膜が形成されている。

反射膜は、ＬＥＤ素子４２から放出される光に対する反射性を有し、光ガイド孔５３の内壁面は反射面として機能する。反射膜として、例えば蒸着法により形成されたアルミニウム膜を用いることができる。あるいは、反射膜として、アルミニウム以外の金属膜を用いてもよい。

なお、反射板５２自体の材料も、ＬＥＤ素子４２から放出される光に対して反射性を有する白色樹脂である。この反射板５２によって、ＬＥＤ素子４２から放出された光は配光制御される。

また、光ガイド空間１００には、反射板５２を覆うようにして、透光カバー５４が設けられている。

放熱体１０の側壁部１８の外壁には、図１（ａ）、図２及び図３に示すように、複数（例えば３つ）の取付ばね取付部１７が設けられている。それぞれの取付ばね取付部１７には、板ばねである取付ばね８３の一端部が差し込まれて固定される。

そして、照明器具１は、３つの取付ばね８３の弾性を利用して、天井に設けられた埋込孔に取り付けられる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、種々の省略、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ともに、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。

１…照明器具、１０…放熱体、１１…基板支持面、１２…本体貫通孔、１３…フランジ部、２１…放熱フィン、４０…ＬＥＤモジュール、４１…基板、４２…ＬＥＤ素子、４３…基板貫通孔、４５…コネクタ、４７…配線領域、４８…外周領域、４９…配線パターン、６０…枠体、１００…光ガイド空間

Claims (4)

1. 放熱面と、
   前記放熱面の裏側である光ガイド空間側に設けられた基板支持面と、
   前記基板支持面よりも面方向の外側で、前記基板支持面よりも前記放熱面側にくぼんで設けられたフランジ部と、
   を有する放熱体と、
   前記基板支持面に接触して設けられた基板と、
   前記光ガイド空間に臨んで前記基板に実装されたＬＥＤ素子と、
   を有するＬＥＤモジュールと、
   前記フランジ部に重ねられて固定された端部と、
   前記端部から前記光ガイド空間側に延びて前記光ガイド空間を囲む筒部と、
   を有する枠体と、
   を備えたＬＥＤ照明器具。
2. 前記基板は、前記ＬＥＤ素子と接続された配線パターンが形成された配線領域と、前記配線領域よりも外周側であって前記配線パターンが形成されていない外周領域とを有し、
   前記配線領域の裏面が、前記基板支持面に接触している請求項１記載のＬＥＤ照明器具。
3. 前記配線領域における前記配線パターンの面積は、前記配線パターン間を絶縁分離する絶縁部分の面積よりも広い請求項２記載のＬＥＤ照明器具。
4. 前記基板の前記外周領域が、前記フランジ部側に突出し、空間を隔てて前記フランジ部に重なっている請求項２または３に記載のＬＥＤ照明器具。