JP2013171752A - 照明装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤモジュールおよび口金部の温度上昇に応じてＬＥＤへの供給電力を抑制可能な照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤを光源として備えるＬＥＤモジュールは、ＬＥＤ搭載部材を介して放熱機能が高いケースに接続され、ケースの他端は、所定値以上の熱伝導率を備えた絶縁材料からなる絶縁部材を介して口金部と熱的に接続され、ケースおよび口金部が放熱機構の少なくとも一部として機能する。この場合、ＬＥＤモジュールの近傍および口金部の近傍にそれぞれ熱センサを配置してＬＥＤモジュールおよび口金部の温度上昇を検出し、温度上昇に応じてＬＥＤモジュールへの電力供給レベルを抑制することにより、ＬＥＤモジュールおよび口金部の異常温度上昇を防止することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）（以下、ＬＥＤと呼ぶ。）等の発光素子を備えた照明装置及びそれを用いた照明器具に関する。

近年、省エネルギー化の観点から、白熱電球に代替する電球形のＬＥＤ等の発光素子を備えた照明装置が数多く提案されている。例えば特許文献１の照明装置は、ＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールを搭載する搭載部材と、アルミニウム等の導電性材料で構成され、搭載部材を一端に備えたケースと、ＬＥＤを点灯する点灯回路と、ケースの他端にポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの絶縁リングを介して設けられた口金部とを備え、さらに、ＬＥＤ照明装置が異常な高温環境で使用された場合に生じるＬＥＤモジュールの異常発熱を抑えるための加熱保護機能を動作させる熱センサがＬＥＤモジュールの近傍に設けられている。

特開２０１１−１６５３１７号公報

しかしながら、上述した従来のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤモジュールの近傍に熱センサを配置しているため、ＬＥＤモジュールの異常温度上昇については加熱保護機能を発揮することが期待できるものの、他の部位（例えば口金部や電解コンデンサ等の部品）の温度が所定温度以上に上昇した場合に加熱保護機能を発揮できないという課題があった。特に、口金部とＬＥＤの距離が離れている場合には１つの熱センサでＬＥＤモジュールと口金部の双方の温度上昇を考慮したＬＥＤモジュールへの入力電力制御を行うことが困難であり、このため、口金部の温度上昇をできる限り抑えるべく口金部とヒートシンクを熱的に絶縁された状態で配置することとなり、限られた範囲での放熱機能しか活用できないという課題があった。

本発明の目的は以上の課題を解決し、ＬＥＤモジュール以外の口金部などの他の部位の温度上昇に対する加熱保護機能を有する照明装置及びそれを用いた照明器具を提供することにある。

第１の発明に係る照明装置は、
発光素子と、上記発光素子を光源として備える発光モジュールと、上記発光モジュールで発生した熱を放熱させるケースとを備えた照明装置において、
上記ケースと絶縁部を介して接続された口金部と、
上記口金部の近傍に配置され、上記口金部の温度を検出する第１の温度検出手段と、
上記第１の温度検出手段により検出された温度が第１の所定温度を超えたことを検出して当該検出結果を示す制御信号を出力する異常温度検出手段と、
上記制御信号に基づいて、上記発光モジュールに流れる電流を制御するドライバ回路とを備えたことを特徴とする。

また、上記照明装置において、
上記異常温度検出手段は、上記第１の温度検出手段により検出された上記口金部の温度が上記第１の所定温度を超えるときに、上記ドライバ回路は上記制御信号に基づいて上記発光モジュールに流れる電流を低減することを特徴とする。

また、上記照明装置において、
上記発光モジュールの近傍に配置され、上記発光モジュールの温度を検出する第２の温度検出手段をさらに備え、
上記異常温度検出手段はさらに、上記第２の温度検出手段により検出された温度が第２の所定温度を超えたことを検出して当該検出結果を示す制御信号を出力することを特徴とする。

さらに、上記照明装置において、
上記異常温度検出手段はさらに、上記第２の温度検出手段により検出された上記発光モジュールの温度が上記第２の所定温度を超えるときに、上記ドライバ回路は上記制御信号に基づいて上記発光モジュールに流れる電流を低減することを特徴とする。

さらに、上記照明装置において、
上記絶縁部は、所定の熱伝導率を有することにより上記発光モジュールから発生する熱の一部を放熱することを特徴とする。

またさらに、上記照明装置において、
上記所定の熱伝導率は、１〜２Ｗ／（Ｋ・ｍ）であることを特徴とする。

また、上記照明装置において、
上記第２の所定温度は、上記第１の所定温度よりも高いことを特徴とする。

また、上記照明装置において、
上記第１の所定温度および上記第２の所定温度はそれぞれ、上記第１の温度検出手段のキュリー温度および上記第２の温度検出手段のキュリー温度であることを特徴とする。

さらに、上記照明装置において、
上記第１の温度検出手段のキュリー温度は、上記第２の温度検出手段のキュリー温度と異なることを特徴とする。

さらに、上記照明装置において、
上記第１の温度検出手段のキュリー温度は、上記第２の温度検出手段のキュリー温度と同一であることを特徴とする。

第２の発明に係る照明器具は、上記照明装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係る照明装置及びそれを用いた照明器具によれば、発光モジュールで発生した熱を放熱させるケースと絶縁部を介して接続された口金部の近傍に温度を検出する温度検出手段を有し、当該温度検出手段により検出された温度が所定の温度を超えたことを検出すると上記発光モジュールに流れる電流を制御する構成としたので、口金部の温度上昇を考慮したＬＥＤモジュールの入力電力制御を行うことが可能となる。さらに、上記絶縁部は、所定の熱伝導率（例えば１〜２Ｗ／（Ｋ・ｍ））を有する構成としたので、ヒートシンクと口金部を含むＬＥＤ照明装置全体を放熱機構として機能せしめることが可能となり、良好な照明機能を維持したままで、放熱能力を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置１０１の一部の断面図を含む側面図である。 （ａ）は図１の照明装置１０１の絶縁リング１０５の斜視図であり、（ｂ）は照明装置１０１の絶縁リング１０５の側面図であり、（ｃ）は照明装置１０１の絶縁リング１０５の上面図である。 図１の照明装置１０１の点灯回路３０１の回路構成の一例を示すブロック図である。 図３の照明装置１０１の点灯回路３０１のブロック図の具体例となる回路図である。 ＡとＢの二種類の温度特性を有するＰＴＣサーミスタの温度に対する抵抗値の変化を示すグラフである。 絶縁リング１０５の熱伝導率に対するＬＥＤモジュール１０２、ケース１０４および口金部１０６の温度変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る照明装置１０１の点灯回路７０１の具体例となる回路図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る照明装置１０１の一部の断面図を含む側面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置１０１の一部の断面図を含む側面図である。図１において、照明装置１０１は、ＬＥＤ（「発光素子」に相当する）を光源として備えるＬＥＤモジュール（「発光モジュール」に相当する）１０２と、ＬＥＤモジュール１０２を搭載するＬＥＤ搭載部材１０３と、絶縁台座１１１上に装着されたＬＥＤ搭載部材１０３を一端に備えるケース１０４と、ケース１０４の他端に設けられた絶縁リング１０５と、絶縁リング１０５を介してケース１０４と接続された口金部１０６と、ＬＥＤモジュール１０２を覆うグローブ１０７と、温度上昇を検出する熱センサ１１０ａ、１１０ｂおよびＬＥＤを点灯させる点灯回路３０１を配置し、照明装置１０１の内部の長手方向に配置された基板１０９と、点灯回路３０１を内部に格納し且つケース１０４内に配された回路ホルダ１０８とを備えて構成されている。さらに、ＬＥＤモジュール１０２は、ＬＥＤが実装された絶縁材料からなるＬＥＤ基板１０２ａと、絶縁基板２ａ上においてＬＥＤを被覆する封止体１０２ｂとを備えて構成され、点灯回路３０１は、電解コンデンサ１０９ａおよび回路部品１０９ｂ、１０９ｃなどの各種の電子部品を備えて構成され、口金部１０６は、口金部材１０６ａと口金部材１０６ｂと口金部材１０６ｃとを備えて構成されている。

図１において、ＬＥＤモジュール１０２の封止体１０２ｂは、例えば、透光性材料と、ＬＥＤから発せられた光の波長を所定の波長へと変換する変換材料とからなる。具体的には、シリコーン樹脂に蛍光体粒子を分散して成型されたものであってもよい。点灯回路３０１の電解コンデンサ１０９ａおよび回路部品１０９ｂ、１０９ｃなどの各種の電子部品は回路ホルダ１０８の内面に配置される基板１０９上に実装され、点灯回路３０１の出力端子とＬＥＤモジュール１０２の入力端子とは、配線１１２ａ、１１２ｂにより電気的に接続されている。口金部１０６は、照明装置１０１にシェードなどを付加した照明器具のソケットに取着され、当該ソケットを介して給電を受ける。具体的には、エジソン式の口金を利用することができる。口金部１０６は、回路ホルダ１０８に固定され、口金部１０６の口金部材１０６ａおよび口金部材１０６ｃは、点灯回路３０１の入力端子とそれぞれ配線１１３ａおよび配線１１３ｂにより電気的に接続されている。

図１において、ＬＥＤ搭載部材１０３は、熱伝導性の高い材料からなる円盤状の部材であり、外周面がケース１０４の内周面に接触し、熱的に接続されている。熱伝導性の高い材料として、例えば、アルミニウム等の金属材料を利用することができる。ケース１０４は、熱放射性の高い材料からなる筒状の部材である。熱放射性の高い材料として、例えば、アルミニウム等の金属材料を利用することができる。また、アルミニウムをケース１０４の材料として利用する場合には、ケースの表面をアルマイト処理することによりさらに熱放射性を高めることができる。ケース１０４の内部には、絶縁材料からなる回路ホルダ１０８が収容されている。グローブ１０７は、ＬＥＤ搭載部材１０３とケース１０４とを組み合わせたときにできる溝部に嵌め込まれ、その溝部に接着剤が充填されることによりＬＥＤ搭載部材１０３およびケース１０４に固定されている。

図１において、熱センサ１１０ａおよび熱センサ１１０ｂはそれぞれ、ＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６の近傍に配置されている。より詳細には、熱センサ１１０ａは、ＬＥＤモジュール１０２の温度を検出することができるように、基板１０９上で絶縁台座１１１の近傍に配置されている。また、熱センサ１１０ｂは、口金部１０６の温度を検出することができるように、基板１０９上で口金部材１０６ａの近傍に配置されている。なお、回路ホルダ１０８を構成する絶縁性材料として、例えば、合成樹脂であるポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）を利用することができるが、この限りではない。

図２は、（ａ）は図１の照明装置１０１の絶縁リング１０５の斜視図であり、（ｂ）は照明装置１０１の絶縁リング１０５の側面図であり、（ｃ）は照明装置１０１の絶縁リング１０５の上面図である。図２において、絶縁リング１０５は、ケース１０４の絶縁リング１０５は円筒形状の上端部に突起部であるへり１０５ａを備えた構造となっており、当該へり１０５ａを備えた構造とすることによりケース１０４と口金部１０６が電気的に絶縁される。例えば、絶縁リング１０５を構成する絶縁性材料として、樹脂材料に熱伝導性の高い材料を混合した合成樹脂を利用することができる。一例としてＰＢＴやポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に熱伝導性フィラーを混合することで１Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上の熱伝導率を備えた合成樹脂を構成することが可能となる。また、熱伝導性フィラーとして、例えばアルミナＡｌ_２Ｏ_３、酸化マグネシウムＭｇＯ、水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２を用いることができることは言うまでもない。なお、樹脂材料および熱伝導性フィラーはあくまでも一例であり、これに限定されないことはもちろんのことである。

図３は、図１の照明装置１０１の点灯回路３０１の回路構成の一例を示すブロック図である。図３において、点灯回路３０１は、上述したＬＥＤモジュール１０２と、交流電源３０８を整流する整流回路３０２と、ＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６の温度に応じて電圧を制御する調光検出回路３０３と、交流電源のノイズを除去するノイズフィルタ回路（ＮＦ）３０４と、力率改善機能を実行する昇圧インバータなどの力率改善回路３０５と、ＬＥＤモジュール１０２に定電流を流すＬＥＤドライバ回路３０６と、ＬＥＤドライバ回路３０６をオンオフ制御する制御回路３０７とを備えて構成されている。図３において、点灯回路３０１は、整流回路３０２、調光検出回路３０３、ノイズフィルタ回路３０４、力率改善回路３０５、ＬＥＤドライバ回路３０６およびＬＥＤモジュール１０２が、この順に縦続接続（Ｃａｓｃａｄｅ Ｃｏｎｅｃｔｉｏｎ）され、さらに、調光検出回路３０３とＬＥＤドライバ回路３０６との間に制御回路３０７が接続されて構成されている。また、ＬＥＤモジュール１０２は、例えば９個のＬＥＤを直列に接続した直列接続体を８組（消費電力が６Ｗ相当）並列接続したものである。また、交流電源３０８と整流回路３０２との間にトライアックを用いた調光器を備えてもよい。

図４は、図３の照明装置１０１の点灯回路３０１のブロック図の具体例となる回路図である。図４において、整流回路３０２はダイオードブリッジで構成され、調光検出回路３０３は抵抗素子Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、コンデンサＣ６、熱センサ１１０ａ、１１０ｂを備えて構成されている。トランジスタＴｒ２のコレクタ端子は、整流回路３０２の正極側の端子に抵抗素子Ｒ５を介して接続され、トランジスタＴｒ２のエミッタ端子は、整流回路３０２の負極側の端子に接続され、トランジスタＴｒ２のベース端子は、コレクタ端子に接続されている。また、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子は、制御回路３０７の定電圧端子ＶＤＤに熱センサ１１０ａ、１１０ｂ及び抵抗素子Ｒ１を介して接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタ端子は、整流回路３０２の負極側の端子に接続され、トランジスタＴｒ２のベース端子は、トランジスタＴｒ１のベース端子に接続されている。さらに、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子は、熱センサ１１０ａの一端に接続され、熱センサ１１０ａの他端は熱センサ１１０ｂを介して抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ２との間に接続されている。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、カレントミラー（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｉｒｒｏｒ）回路を構成している。コンデンサＣ６の第１の端子は、制御回路３０７の制御入力端子ＥＸに接続されるとともに抵抗素子Ｒ２及び熱センサ１１０ｂを介して熱センサ１１０ａの他端に接続される一方で、コンデンサＣ６の第２の端子は、整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。

図４において、ノイズフィルタ回路３０４は、インダクタＬ２とコンデンサＣ１、Ｃ２を備え、インダクタＬ２の一端はダイオードＤ１を介して整流回路３０２の正極側の端子に接続されている。コンデンサＣ１の第１の端子は整流回路３０２の正極側の端子に接続され、コンデンサＣ１の第２の端子は整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。また、コンデンサＣ２の第１の端子はインダクタＬ２の他端に接続され、コンデンサＣ２の第２の端子は整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。

図４において、力率改善回路３０５は、インダクタＬ３と、コンデンサＣ３、Ｃ４と、ダイオードＤ２、Ｄ３、Ｄ４とを備えて構成されている。インダクタＬ３の一端はノイズフィルタ回路３０４からの出力端子に接続され、インダクタＬ３の他端はＬＥＤドライバ回路３０６を構成するインダクタＬ１の第１の端子に接続されている。コンデンサＣ３の第１の端子はノイズフィルタ回路３０４からの出力端子に接続され、コンデンサンスＣ３の第２の端子はダイオードＤ２の正極側に接続されている。ダイオードＤ２の負極側は整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。インダクタＬ３の他端はダイオードＤ４の正極側と接続され、コンデンサＣ４の第１の端子に接続されている。コンデンサＣ４の第２の端子は、整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。ダイオードＤ３の正極側はダイオードＤ４の負極側に接続され、ダイオードＤ３の負極側はダイオードＤ２の正極側に接続されている。

図４において、ＬＥＤドライバ回路３０６は、インダクタＬ１、スイッチ素子Ｍ１、整流素子ＦＲＤ、コンデンサＣ８および抵抗素子Ｒ６を備えて構成されている。インダクタＬ１の第１の端子は、インダクタＬ３の他端に接続され、インダクタＬ１の第２の端子は、スイッチ素子Ｍ１を介して整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。コンデンサＣ８の第１の端子はインダクタＬ１の第１の端子に接続され、コンデンサＣ８の第２の端子は整流素子ＦＲＤを介してインダクタの第２の端子に接続されている。抵抗素子Ｒ６の第１の端子はコンデンサＣ８の第１の端子に接続され、抵抗素子Ｒ６の第２の端子はコンデンサＣ８の第２の端子に接続されている。

図４において、制御回路３０７は、電源入力端子Ｖｉｎ、定電圧端子ＶＤＤ、制御入力端子ＥＸ、制御入力端子Ｌを備えて構成されている。制御回路３０７の電源入力端子Ｖｉｎは、制御回路３０７を動作させる電力の供給を受ける端子である。本発明の実施形態では、電圧入力端子Ｖｉｎの最小入力電圧は４５［Ｖ］とする。制御回路３０７の電源入力端子Ｖｉｎは、コンデンサＣ８の第２の端子（すなわち、ＬＥＤドライバ回路３０６の出力端子のうち高電位側の出力端子）に接続されている。制御回路３０７の定電圧端子ＶＤＤは、制御回路３０７内部の定電圧源により生成された定電圧（例えば、５．８［Ｖ］）を出力する端子である。制御回路３０７の制御入力端子ＥＸは、調光検出回路３０３の調光器の位相制御と、検出温度に応じた電圧を受ける端子である。制御回路３０７には、交流電源３０８からの入力電圧が上限を超えた場合や下限を下回った場合に動作を停止させる機能を有している。制御入力端子Ｌは、所定の電圧を入力して交流電源３０８からの入力電圧の上限および下限を設定する。

図４において、制御回路３０７の定電圧端子ＶＤＤは、抵抗素子Ｒ３および抵抗素子Ｒ４を介して整流回路３０２の負極側の端子に接続され、コンデンサＣ７の第１の端子は制御入力端子Ｌおよび抵抗素子Ｒ３と抵抗素子Ｒ４との間に接続されている。コンデンサＣ５の第１の端子は定電圧端子ＶＤＤに接続され、コンデンサＣ５およびコンデンサＣ７の第２の端子は整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。本発明の実施形態では、外部の調光器の調光レベルに応じて交流電源３０８からの入力電圧が変動することを前提とするために交流電源３０８からの入力電圧の上限および下限を設定しない仕様にしている。これは、抵抗素子Ｒ３、Ｒ４の抵抗値および平滑用コンデンサＣ５の容量値を適切に設定することにより実現することができる。制御回路３０７は、高周波（例えば、４４［ｋＨｚ］）でスイッチ素子Ｍ１のオンオフを制御することにより、ＬＥＤモジュール１０２に定電流を流すことができる。本発明の実施形態では、定電流の大きさは、制御入力端子ＥＸへの入力電圧が高いほど小さくなるものとする。

図３及び図４において、整流回路３０２は、外部の交流電源３０８の交流電圧を入力し、入力した交流電圧を全波整流して、整流して得られた脈流（Ｐｕｌｓａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）を調光検出回路３０３に出力する。

図３及び図４において、調光検出回路３０３は、整流された脈流を受信して、外部の調光器の位相制御に関する情報並びにＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６の温度に関する情報に応じた制御信号を生成して制御回路３０７に出力する。詳細には、ＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６により検出された温度が、それぞれの所定の温度を超えたことを検出すると、この検出結果を示す制御信号を生成して制御回路３０７に出力する。調光検出回路３０３では、外部の調光器により位相制御された整流回路３０２の出力電圧の変動に応じた脈流が抵抗素子Ｒ５に流れる。この脈流はカレントミラー回路によりコピーされるので、抵抗素子Ｒ１にも同様の脈流が流れることになる。制御回路３０７の制御入力端子ＥＸには、抵抗素子Ｒ２およびコンデンサＣ６からなる積分回路により電圧が平均化されて入力される。ＬＥＤモジュール１０２や口金部１０６が異常発熱した場合に、熱センサ１１０ａ、１１０ｂが動作して抵抗素子Ｒ１に流れる電流が低減され、制御回路３０７の制御入力端子ＥＸの電圧を上昇させてＬＥＤモジュール２に流れる電流を制限する。なお、熱センサとして、例えば温感素子であるＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを用いることが可能であることはもちろんのことである。ＰＴＣサーミスタは、温度が高くなるほど抵抗値が非線形に高くなる素子であり、温度に応じてＬＥＤモジュール１０２の定電流値を変化させる温度コントロールスイッチとして機能する。

図３及び図４において、ノイズフィルタ回路３０４は、整流回路３０２により整流された脈流を受信して、所定の周波数成分を除去して力率改善回路３０５に出力する。力率改善回路３０５は、所定の周波数成分が除去された電圧を受けて、力率改善機能を実行してＬＥＤドライバ回路３０６に出力する。

図３及び図４において、制御回路３０７は、調光検出回路３０３からの制御信号を受けて、調光検出回路３０３の熱センサ１１０ａ、１１０ｂにより検出された温度に応じた電流がＬＥＤモジュール１０２に供給されるようにＬＥＤドライバ回路３０６を制御する信号を生成してＬＥＤドライバ回路３０６に出力する。詳細には、制御回路３０７は、制御入力端子ＥＸへの入力電圧に応じた定電流がＬＥＤモジュール１０２に流れるように、スイッチ素子Ｍ１のオンオフを制御する。本発明の実施形態では、制御入力端子ＥＸへの入力電圧が高くなるほど、ＬＥＤモジュール１０２に流れる電流が小さくなる。すなわち、制御回路３０７は、制御入力端子ＥＸへの入力電圧に応じてＬＥＤモジュール１０２に流す定電流値を変化させるので、調光器による位相制御と、熱センサ１１０ａ、１１０ｂの検出温度に応じて照明装置１０１の照度を変化させることができる。

図３及び図４において、ＬＥＤドライバ回路３０６は、力率改善回路３０５からの出力電流を受けて、制御回路３０７からの制御信号に基づいた定電流をＬＥＤモジュール１０２に供給する。詳細には、ＬＥＤドライバ回路３０６は、制御回路３０７の制御によりスイッチ素子Ｍ１がオフからオンに移行すると、整流回路３０２からの出力電圧がインダクタＬ１に印加され、インダクタＬ１を介してスイッチ素子Ｍ１に電流が流れる。スイッチ素子Ｍ１がオン期間中は、インダクタＬ１に流れる電流が一定の割合で増加する。この割合は、整流回路３０２の出力電圧とインダクタＬ１のインダクタンスとに応じて決まる。インダクタＬ１に電流が流れることにより、インダクタＬ１には磁気エネルギーが蓄積される。また、ＬＥＤドライバ回路３０６は、制御回路３０７の制御によりスイッチ素子Ｍ１がオンからオフに移行すると、スイッチ素子Ｍ１に流れていた電流が遮断される。インダクタＬ１に蓄積された磁気エネルギーに基づいて逆起電力を発生し、インダクタＬ１、整流素子ＦＲＤ、ＬＥＤモジュール１０２、インダクタＬ１の順路で電流が流れる。スイッチ素子Ｍ１がオフの期間中は、ＬＥＤモジュール１０２に流れる電流が一定の割合で減少する。この割合は、ＬＥＤモジュール１０２の順方向電圧および整流素子ＦＲＤの順方向電圧の合計電圧と、インダクタＬ１のインダクタンスとに応じて決まる。

以上のように構成された照明装置１０１の動作および作用について以下に説明する。

図５は、ＡとＢの二種類の温度特性を有するＰＴＣサーミスタの温度に対する抵抗値の変化を示すグラフである。図５において、温度ＣＴ１はＡの温度特性を有するＰＴＣサーミスタのキュリー温度を、温度ＣＴ２はＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタのキュリー温度を示す。ここでは、キュリー温度は、２５℃における抵抗値の２倍の抵抗値となる温度と定義する。図５において、Ａの温度特性を有するＰＴＣサーミスタおよびＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタはそれぞれ、検出する温度が所定の温度（ＣＴ１、ＣＴ２）以下では抵抗値が例えば１Ω程度以下と小さく、所定の温度を超えると抵抗値が１ｋΩ以上に急増する温度特性を備えていることを示している。さらに、本発明の実施形態の照明装置１０１の熱センサ１１０ａ、１１０ｂにいずれの温度特性を有するものを使用するのかを決定するかは、ＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６の熱源からそれぞれの熱センサ１１０ａ、１１０ｂまでの距離を考慮する必要がある。なぜならば、熱センサ１１０ａ、１１０ｂが検出する温度は、熱源そのものの温度でなく、熱源から所定の距離だけ離れた周囲の温度を検出するからである。従って、熱センサ１１０ａ、１１０ｂはそれぞれ、ＬＥＤモジュール１０２と熱センサ１１０ａとの距離Ｌ１、口金部１０６と熱センサ１１０ｂとの距離Ｌ２、ＬＥＤモジュール１０２の使用可能な最大温度であるＬＥＤモジュール１０２の最大ジャンクション温度Ｔｊ_ＭＡＸ、および口金部１０６の使用可能な最大温度Ｔｋの４つのパラメータに基づきいずれの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを使用するかを決定する。

図５において、例えば、照明装置１が、ＬＥＤモジュール１０２から発生する熱の温度（例えば１００℃）が所定の温度（例えば８０℃）を超えたときにＬＥＤモジュール２に流れる電流を低減する場合を仮定する。さらに、熱源であるＬＥＤモジュール２から発生する熱の温度が１００℃のとき、当該ＬＥＤモジュール２から距離Ｌ１だけ離れた周囲温度が８０℃となると仮定する。この場合において、熱センサ１１０ａのキュリー温度は、１００℃でなく８０℃と設定する必要がある。ここで、熱源の温度と熱源から距離Ｌ１だけ離れた周囲温度との差（この例では、２０℃（＝１００℃−８０℃））を温度検出誤差ΔＴａと呼ぶこととする。同様に、口金部１０６の使用可能な最大温度Ｔｋの設定についても、口金部１０６と熱センサ１１０ｂとの距離Ｌ２の大きさに応じた温度検出誤差ΔＴｂだけ熱センサ１１０ｂのキュリー温度を低く設定する必要がある。

以下、場合分けして説明する。
（１）ＬＥＤモジュール１０２の最大ジャンクション温度（Ｔｊ_ＭＡＸ）が口金部１０６の使用可能な最大温度（Ｔｋ）以上の場合
（ａ）（Ｔｊ_ＭＡＸ−ΔＴａ）＞（Ｔｋ−ΔＴｂ）の場合
熱センサ１１０ａにはＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを、熱センサ１１０ｂにはＡの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを使用する。
（ｂ）（Ｔｊ_ＭＡＸ−ΔＴａ）＜（Ｔｋ−ΔＴｂ）の場合
熱センサ１１０ａにはＡの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを、熱センサ１１０ｂにはＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを使用する。
（ｃ）（Ｔｊ_ＭＡＸ−ΔＴａ）＝（Ｔｋ−ΔＴｂ）の場合
熱センサ１１０ａおよび熱センサ１１０ｂはいずれもＡの温度特性のＰＴＣサーミスタ、もしくはいずれもＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを使用する。
（２）ＬＥＤモジュール１０２の最大ジャンクション温度（Ｔｊ_ＭＡＸ）が口金部１０６の使用可能な最大温度（Ｔｋ）よりも小さい場合
（ａ）（Ｔｊ_ＭＡＸ−ΔＴａ）＞（Ｔｋ−ΔＴｂ）の場合
熱センサ１１０ａにはＡの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを、熱センサ１１０ｂにはＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを使用する。
（ｂ）（Ｔｊ_ＭＡＸ−ΔＴａ）＜（Ｔｋ−ΔＴｂ）の場合
熱センサ１１０ａにはＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを、熱センサ１１０ｂにはＡの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを使用する。
（ｃ）（Ｔｊ_ＭＡＸ−ΔＴａ）＝（Ｔｋ−ΔＴｂ）の場合
熱センサ１１０ａおよび熱センサ１１０ｂはいずれもＡの温度特性のＰＴＣサーミスタ、もしくはいずれもＢの温度特性を有するＰＴＣサーミスタを使用する。

図４において、熱センサ１１０ａ、１１０ｂが配置された周囲の温度が異常に高温状態となった場合に、熱センサ１１０ａ、１１０ｂを構成するＰＴＣサーミスタの抵抗値が増加し、抵抗素子Ｒ１に流れる電流が低減される。従って、制御回路３０７の定電圧端子ＶＤＤからの電圧降下量が減少し、制御入力端子ＥＸの電圧は上昇する。また、制御回路３０７は、制御入力端子ＥＸへの入力電圧の増加にともないＬＥＤモジュール１０２に流れる電流を低減するように制御するので、ＬＥＤモジュール１０２に流れる電流を低減することができる。その結果、ＬＥＤモジュール１０２の発熱を抑制し、照明装置１０１を保護することが可能となる。なお、このような異常な発熱は、照明装置１０１を通常の環境で使用する場合には生じず、異常な高温環境（例えば、照明装置１０１が密閉された器具内に設置されている場合など。）で使用した場合に生じ得るものである。

なお、口金部１０６の使用可能な最大温度（Ｔｋ）は、口金の種類により口金温度上昇の上限値が規格化されているものであり、ＬＥＤモジュール１０２の最大ジャンクション温度（Ｔｊ_ＭＡＸ）との間において、一般的にはＴｊ_ＭＡＸ＞Ｔｋの関係式が成立している。例えば、上述した温度検出誤差ΔＴａ、ΔＴｂを無視すると、熱センサ１１０ａに図５に示すＢの温度特性を備えたＰＴＣサーミスタを使用し、熱センサ１１０ｂに図５に示すＡの温度特性を備えたＰＴＣサーミスタを使用することが考えられる。一例としてキュリー温度ＣＴ１およびキュリー温度ＣＴ２がそれぞれを８０℃および１００℃とした場合、熱センサ１１０ａと熱センサ１１０ｂは直列に接続されているのでＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６の温度が上昇し、熱センサ１１０ａが検出する温度が１００℃を上回り、かつ、熱センサ１１０ｂが検出する温度が８０℃を上回った場合に、熱センサ１１０ａおよび熱センサ１１０ｂの抵抗値の合計値が１０００Ω以上に急増することになり、上述したように制御回路３０７の制御入力端子ＥＸに印加される電圧が高くなりＬＥＤモジュール１０２への電流の供給が制限される。

また、ＬＥＤモジュール１０２の最大ジャンクション温度（Ｔｊ_ＭＡＸ）が低くなり、口金部１０６の使用可能な最大温度（Ｔｋ）との間においてＴｊ_ＭＡＸ＜Ｔｋの関係式が成立する場合は、上述したような温度検出誤差ΔＴａ、ΔＴｂを無視すると、ＬＥＤモジュール１０２近傍の熱センサ１１０ａにＡの温度特性を備えたＰＴＣサーミスタを使用し、口金部１０６近傍の熱センサ１１０ｂにＢの温度特性を備えたＰＴＣサーミスタを使用することが考えられる。このような場合においても上述のような同様の効果が期待できることは当然のことである。

また、ＬＥＤモジュール１０２の最大ジャンクション温度（Ｔｊ_ＭＡＸ）が低くなり、口金部１０６の使用可能な最大温度（Ｔｋ）との間においてＴｊ_ＭＡＸ＝Ｔｋの関係式が成立する場合は、上述したような温度検出誤差ΔＴａ、ΔＴｂを無視すると、ＬＥＤモジュール１０２近傍の熱センサ１１０ａ及び口金部１０６近傍の熱センサ１１０ｂには、同一のキュリー温度を有するＰＴＣサーミスタを使用することが考えられる。このような場合においても上述のような同様の効果が期待できることは当然のことである。

図６は、絶縁リング１０５の熱伝導率に対するＬＥＤモジュール１０２、ケース１０４および口金部１０６の温度変化をシミュレーションした結果を示すグラフである。図６は、熱伝導率０．２４Ｗ／（Ｋ・ｍ）のＰＢＴを絶縁リング１０５に使用した場合のＬＥＤモジュール１０２、ケース１０４および口金部１０６の温度を表す。すなわち、ＬＥＤモジュール１０２の温度が１１５℃のとき、口金部１０６の温度は５５℃となり、ケース１０４の温度は１０８℃となった。また、熱伝導率１Ｗ／（Ｋ・ｍ）の絶縁リング１０５を使用した場合は、ＬＥＤモジュール１０２の温度が１０８℃のとき、口金部１０６の温度は６８℃となり、ケース１０４の温度は１０１℃となった。また、熱伝導率２Ｗ／（Ｋ・ｍ）の絶縁リング１０５を使用した場合は、ＬＥＤモジュール１０２の温度が１０５℃のとき、口金部１０６の温度は７４℃となり、ケース１０４の温度は９８℃となった。なお、熱伝導率が２Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上のときは、ＬＥＤモジュール１０２の温度変化は少ない。

図６を参照すれば、絶縁リング１０５の熱伝導率として例えば１〜２Ｗ／（Ｋ・ｍ）であることが好ましいが、それに限定されない。また、ＬＥＤモジュール１０２の温度低下幅を大きくするため、例えば２Ｗ／（Ｋ・ｍ）以上の熱伝導率を備えた材料で絶縁リング１０５を備えて構成してもよく、その場合はＬＥＤモジュール１０２の温度低下幅が１０℃以上となることが予想される。

以上の実施形態に係る照明装置１０１によれば、主にアルミニウム等の導電性材料で構成されたケースのみで放熱していた従来のＬＥＤ照明装置の放熱機構に比較して、絶縁材料で構成され、かつ、熱伝導率が所定値以上の絶縁リング１０５を用いたので、導電性材料で構成された口金部１０６にＬＥＤモジュール１０２で発生した熱を伝え、ケース１０４および口金部１０６を放熱機構の一部として機能せしめることでＬＥＤ照明装置１０１の放熱機能の能力を向上させることが可能となる。すなわち、発光モジュールから発生する熱の一部を口金部１０６においても放熱することが可能となる。

また、以上の実施形態に係る照明装置１０１によれば、ケース１０４と口金部１０６とを電気的にも熱的にも接続することにより、ＬＥＤモジュール１０２近傍の温度は従来のＬＥＤ照明装置の放熱機構と比較して低下する一方で口金部１０６の温度は上昇するが、口金部１０６の温度を熱センサ１１０ｂにより検出してＬＥＤモジュール１０２に供給可能な電流を制御する加熱保護機能を働かせることにより、ＬＥＤ照明装置１０１の放熱機能の能力を高く維持しながらＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６のいずれかが使用可能な温度の上限を超えないようにすることが可能となる。

また、以上の実施形態に係る照明装置１０１によれば、従来のＬＥＤ照明装置の放熱機構と比較して、ＬＥＤモジュール１０２近傍の温度をさらに低下させることが期待できるので、ＬＥＤ照明装置１０１の使用個数を増加させてＬＥＤモジュール１０２への供給電力を高めることで照明装置１０１の照度を向上させることが期待できる。

図７は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る照明装置１０１の点灯回路７０１の具体例となる回路図である。図７に示す照明装置１０１の点灯回路７０１は、図４に示す照明装置１０１の点灯回路３０１に比較して、ノイズフィルタ回路３０４と温度検出回路２６との間に挿入されている力率改善回路３０５を削除し、さらに調光検出回路３０３の代わりに温度検出回路７０２を備え、さらに、ＬＥＤドライバ回路３０６の代わりにＬＥＤドライバ回路７０３を備えたことを特徴としており、簡素な回路構成となっている。この回路構成の場合には、トライアックを用いた調光器を不要とした非調光型の照明装置として動作する。図７において、温度検出回路７０２は、抵抗素子Ｒ１、Ｒ１１、Ｒ１２、コンデンサＣ６、熱センサ１１０ａ、１１０ｂを備えて構成されている。コンデンサＣ６の第１の端子は、抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ１１との間に接続され、コンデンサＣ６の第２の端子は整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。

図７において、制御回路３０７の定電圧端子ＶＤＤと整流回路３０２の負極側の端子との間に抵抗素子Ｒ１、抵抗素子Ｒ１１、熱センサ１１０ａおよび熱センサ１１０ｂとが直列接続されている。制御入力端子ＥＸは、抵抗素子Ｒ１２を介して抵抗素子Ｒ１と抵抗素子Ｒ１１との間に接続されている。図７において、ＬＥＤドライバ７０３は、図４におけるＬＥＤドライバ回路３０７と比較して、スイッチ素子Ｍ１の代わりにコンデンサＣ１１を備えており、コンデンサＣ１１の第１の端子はインダクタＬ１の第２の端子に接続され、コンデンサＣ１１の第２の端子は整流回路３０２の負極側の端子に接続されている。インダクタＬ１の第１の端子は、制御回路３０７の電源入力端子Ｖｉｎに接続されている。

図７において、点灯回路７０１は、上述した図３および図４に示す点灯回路３０１における加熱保護機能と同等の効果が期待できることは言うまでもない。すなわち、ＬＥＤモジュール１０２への供給電力を制御する制御回路３０７の制御入力端子ＥＸと整流回路３０２との間に、ＬＥＤモジュール１０２および口金部７の近傍にそれぞれ配置された少なくとも２つの熱センサ１１０ａ、１１０ｂを備えることにより、ＬＥＤモジュール１０２および口金部１０６における温度上昇に応じて熱センサ１１０ａ、１１０ｂの抵抗値が上昇し、制御回路３０７の制御入力端子ＥＸに印加される電圧が高くなり、ＬＥＤモジュール１０２への供給電力が抑制されることとなる。この場合に、熱センサ１１０ａ、１１０ｂとして例えば温感素子であるＰＴＣサーミスタを使用することが考えられる。

また、本発明の実施形態では、図１に示すように、照明装置１０１の内部に長手方向に配置された基板１０９の上端および下端にそれぞれ熱センサ１１０ａおよび熱センサ１１０ｂを配置した構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、後述する図８に示すように、ＬＥＤモジュール１０２の近傍に配置された第一の基板５０１上に熱センサ１１０ａを配置し、第一の基板５０１と口金部１０６との間に挿入された第二の基板５０２の下端に熱センサ１１０ｂを配置しても本発明の実施形態と同等の効果が期待できることはもちろんのことである。

図８は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る照明装置１０１の一部の断面図を含む側面図である。図８に示す照明装置１０１の構成は、図１に示す照明装置１０１に比較して、照明装置１０１の内部に長手方向に配置された基板１０９の代わりに、ＬＥＤモジュール１０２の近傍に配置された第一の基板５０１と第一の基板５０１と口金部１０６との間に挿入された第二の基板５０２を備え、さらに、基板１０９上の電解コンデンサ１０９ａおよび回路部品１０９ｂ、１０９ｃの代わりに、第一の基板５０１上の電解コンデンサ１０９ａおよび回路部品１０９ｂ、１０９ｃを備え、さらに、基板１０９の上端および下端に配置された熱センサ１１０ａおよび熱センサ１１０ｂの代わりに、第一の基板５０１上に配置された熱センサ１１０ａおよび第二の基板５０２上に配置された熱センサ１１０ｂを備えたことを特徴とする。

また、熱センサ１１０ａ、１１０ｂは、配線１１３ａ、１１３ｂを用いて口金部１０６周辺に固定してもよく、温度検出対象となる部位の周辺に配置することができれば本発明の実施形態と同様の効果が期待できることは言うまでもなく、例えば、当該部位にテープや接着剤などで貼付したり、ワイヤなどを用いて空中にぶら下げて部位の近傍に配置するようにしてもよい。なお、本発明の実施形態で説明した照明装置１０１を、照明器具の一部として用いた場合にも本発明の実施形態と同様の効果が期待できることはもちろんのことであり、照明器具として例えば、天井埋め込み型のダウンライト用照明器具やシャンデリア等が考えられるが、少なくとも従来のエジソン型の照明装置が取り付け可能な照明器具であればよく、適用範囲はその限りではない。

さらに、本発明の実施形態では、ＬＥＤモジュール１０２近傍の熱センサ１１０ａおよび口金部１０６近傍の熱センサ１１０ｂの２つの熱センサを備えた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３つ以上の熱センサを用いても本発明の実施形態と同様の効果が期待できることはもちろんのことである。例えば、電解コンデンサ１０９ａの使用温度が高くなるとＬＥＤ照明装置１０１の寿命が短縮されてしまう場合があるが、そのような場合には、電解コンデンサ１０９ａの近傍に熱センサを配置し、電解コンデンサ１０９ａの使用温度が所定温度以上になった場合にＬＥＤモジュール１０２に供給される電流を低減するように制御しても構わない。その場合は、所定温度として例えば電解コンデンサ１０９ａの温度が８５℃を越えないようにキュリー温度が８０℃あるいは７５℃程度のＰＴＣサーミスタを熱センサとして用いることが可能であることは自明のことである。

さらに、本発明の実施形態では、熱センサとしてＰＴＣサーミスタを利用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば温度ヒューズなどを採用しても本発明の実施形態と同様の効果が期待できることはもちろんのことである。

またさらに、本発明の実施形態で説明した回路構成はあくまでも一例であり、同等の機能および特性が得られる回路構成であれば接続の順序や回路部品点数が異なっていてもよいことは当然のことである。例えば、整流回路３０２は全波整流回路の場合について説明したが、半波整流回路を用いてもよいことは言うまでもない。また、ＬＥＤモジュール１０２は７２個のＬＥＤを用いた場合について説明したがこれに限定されるものではなく、直列接続数と並列接続数の組み合わせはＬＥＤ照明装置の所望の照度に応じて変更可能であることはもちろんのことである。

以上詳述したように、本発明に係る照明装置及びそれを用いた照明器具によれば、発光モジュールで発生した熱を放熱させるケースと絶縁部を介して接続された口金部の近傍に温度を検出する温度検出手段を有し、当該温度検出手段により検出された温度が所定の温度を超えたことを検出すると上記発光モジュールに流れる電流を制御する構成としたので、口金部の温度上昇を考慮したＬＥＤモジュールの入力電力制御を行うことが可能となる。さらに、上記絶縁部は、所定の熱伝導率（例えば１〜２Ｗ／（Ｋ・ｍ））を有する構成としたので、ヒートシンクと口金部を含むＬＥＤ照明装置全体を放熱機構として機能せしめることが可能となり、良好な照明機能を維持したままで、放熱能力を向上させることが可能となる。

１０１…照明装置、
１０２…ＬＥＤモジュール、
１０２ａ…ＬＥＤ基板、
１０２ｂ…封止体、
１０３…ＬＥＤ搭載部材、
１０４…ケース、
１０５…絶縁リング、
１０５ａ…へり、
１０６…口金部、
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ…口金部材、
１０７…グローブ、
１０８…回路ホルダ、
１０９…基板、
１０９ａ…電解コンデンサ、
１０９ｂ，１０９ｃ…回路部品、
１１０ａ，１１０ｂ…熱センサ、
１１１…絶縁台座、
１１２ａ，１１２ｂ，１１３ａ，１１３ｂ…配線、
３０１，７０１…点灯回路、
３０２…整流回路、
３０３…調光検出回路、
３０４…ノイズフィルタ回路、
３０５…力率改善回路、
３０６，７０３…ＬＥＤドライバ回路、
３０７…制御回路、
３０８…交流電源、
５０１…第一の基板、
５０２…第二の基板、
７０２…温度検出回路。

Claims (11)

1. 発光素子と、上記発光素子を光源として備える発光モジュールと、上記発光モジュールで発生した熱を放熱させるケースとを備えた照明装置において、
   上記ケースと絶縁部を介して接続された口金部と、
   上記口金部の近傍に配置され、上記口金部の温度を検出する第１の温度検出手段と、
   上記第１の温度検出手段により検出された温度が第１の所定温度を超えたことを検出して当該検出結果を示す制御信号を出力する異常温度検出手段と、
   上記制御信号に基づいて、上記発光モジュールに流れる電流を制御するドライバ回路とを備えたことを特徴とする照明装置。
2. 上記異常温度検出手段は、上記第１の温度検出手段により検出された上記口金部の温度が上記第１の所定温度を超えるときに、上記ドライバ回路は上記制御信号に基づいて上記発光モジュールに流れる電流を低減することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 上記発光モジュールの近傍に配置され、上記発光モジュールの温度を検出する第２の温度検出手段をさらに備え、
   上記異常温度検出手段はさらに、上記第２の温度検出手段により検出された温度が第２の所定温度を超えたことを検出して当該検出結果を示す制御信号を出力することを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
4. 上記異常温度検出手段はさらに、上記第２の温度検出手段により検出された上記発光モジュールの温度が上記第２の所定温度を超えるときに、上記ドライバ回路は上記制御信号に基づいて上記発光モジュールに流れる電流を低減することを特徴とする請求項３記載の照明装置。
5. 上記絶縁部は、所定の熱伝導率を有することにより上記発光モジュールから発生する熱の一部を放熱することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の照明装置。
6. 上記所定の熱伝導率は、１〜２Ｗ／（Ｋ・ｍ）であることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
7. 上記第２の所定温度は、上記第１の所定温度よりも高いことを特徴とする請求項３または４記載の照明装置。
8. 上記第１の所定温度および上記第２の所定温度はそれぞれ、上記第１の温度検出手段のキュリー温度および上記第２の温度検出手段のキュリー温度であることを特徴とする請求項３または４記載の照明装置。
9. 上記第１の温度検出手段のキュリー温度は、上記第２の温度検出手段のキュリー温度と異なることを特徴とする請求項８記載の照明装置。
10. 上記第１の温度検出手段のキュリー温度は、上記第２の温度検出手段のキュリー温度と同一であることを特徴とする請求項８記載の照明装置。
11. 請求項１〜１０記載のうちのいずれか１つに記載の照明装置を備えたことを特徴とする照明器具。

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