JP2014067634A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の半導体発光素子を備えた照明装置の冷却効率を高める。
【解決手段】貫通孔１０６を備える板状の基台１０１と、貫通孔１０６の周囲に取り付けられる複数の半導体発光素子１０２と、下端開口１３１と貫通孔１０６とが連通するように基台１０１を吊り下げ状態で保持する筒形状の保持体１０３と、上端開口を覆う蓋体１３２と、保持体１０３、または、蓋体１３２に設けられ、保持体１０３の内方と外方とを連通する排気口１３４とを備える。
【選択図】図３

Description

本願発明は、天井から吊り下げられた状態で建屋内などを照明する照明装置に関する。

工場や体育館などの天井が高く面積が広い建屋の内方を照明する場合、水銀蒸気の中で放電させることにより高い輝度を得るいわゆる水銀灯が広く用いられている。これは、高い天井から床面まで十分に明るく照明するためであり、また、比較的水銀灯の寿命が長いためである。

しかしながら昨今では、環境負荷の大きい水銀の利用率を低下させるため、キセノンなどの希ガスを放電媒体として封入した放電ランプが提案されている。このような放電ランプは水銀を用いないため環境負荷を抑制することができるが、発光効率が水銀灯よりも低く、放電ランプの温度上昇によって発光効率がさらに低下するという問題を有している。つまり、キセノンなどを利用した放電ランプを、高い天井に取り付けた場合、十分な明るさを得ることができない場合がある。

そこで、希ガスを用いた放電ランプの発光効率の低下を抑制する技術として、特許文献１には、電気絶縁性を有する弾性部材を放電ランプに熱的に接触させ、放熱効率を上昇させて放電ランプの温度上昇を抑制する技術が記載されている。つまり、放電ランプの輝度が不足するのは、放電ランプ自身の温度上昇が原因であるため、できる限り放電ランプの温度上昇を抑制する必要がある。

特開２００１−２８３７８７号公報

ところが、希ガスを放電媒体として封入した放電ランプは、水銀を使用しないため環境負荷は軽減されるが、放熱効率を向上させたとしても依然として消費電力は高く、省エネルギーの観点からは適切な照明器具とは言い難いものである。

そこで本願発明者は、高い輝度で白色光を放射することのできる半導体発光素子を用いて天井が高く面積が広い建屋の内方を明るく照明することに思い至った。そして鋭意実験と研究との結果、水銀ランプなどと同じ明るさを得るためには、多くの半導体発光素子を集積する必要があるが、半導体発光素子が発光する際に発生する熱によって半導体発光素子自体に輝度低下などの不具合が発生するため、多くの半導体発光素子を集積させた照明装置から安定して高い輝度の光を取り出そうとする場合、照明装置の放熱効率を高くする必要があることを見出すに至った。

本願発明は、上記知見に基づきなされたものであり、複数の半導体発光素子を備える照明装置であって、電力を必要とするような冷却システムを別途設けることなく高い放熱効率を確保し安定して高い輝度の光を取り出し、高い天井に取り付けた場合でも床面まで明るく照らすことができる照明装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる照明装置は、建屋の天井に吊り下げられた状態で建屋内方を照らす照明装置であって、厚さ方向に貫通した貫通孔を備える板状の基台と、前記基台の前記貫通孔の周囲に並べて取り付けられる複数の半導体発光素子と、吊り下げられた状態において鉛直方向に沿って管軸が配置され、下端部に配置される下端開口と前記基台の前記貫通孔とが連通するように前記基台を吊り下げ状態で保持する筒形状の保持体と、前記保持体の上端部に配置される上端開口を覆い、前記保持体と一体、または、別体の蓋体と、前記保持体、および、前記蓋体の少なくとも一方に設けられ、前記保持体の内方と外方とを連通する排気口とを備えることを特徴とする。

本構造によれば、個々の半導体発光素子から発せられた熱により、半導体発光素子の下方に存在する空気を暖め、基台の貫通孔を上昇方向に通過し保持体に設けられた排気口から外方に抜ける気流を効果的に発生させることができる。そして発生した気流により半導体発光素子や、半導体発光素子が取り付けられた基台を冷却することができる。従って、半導体発光素子の温度が異常に上昇することを抑制して半導体発光素子の温度を低く維持することができる。つまり、複数の半導体発光素子を集積して輝度の高い光を取り出した場合でも、当該輝度を安定させることが可能となる。

また、前記保持体の外形は、上端に向かって細くなるテーパー形状であり、前記排気口は、前記保持体の周壁に設けられてもよい。

これによれば、保持体を軽量化しつつ、十分な量の気流を確保することが可能となる。また、排気口からのホコリの侵入を抑制することができる。従って、地震などが発生した場合でも、照明装置が取り付けられた部分の負担を軽減することができる。また、照明装置を消灯し、気流が発生しなくなった場合でも、照明装置を清浄に維持することが可能となる。

さらに、前記基台の周縁から下方に向かって延設される放熱体を備えてもよい。

これによれば、半導体発光素子から発せられた熱をさらに効果的に放熱することができる。また、半導体発光素子、またはその周辺にホコリが付着することを抑制することができる。従って、ホコリの付着による輝度の低下を抑制することができ、高所で行われる照明装置の掃除などの間隔を広げることが可能となる。

また、前記放熱体は、前記基台近傍の基部よりも先端部の厚さが薄いものでもよい。

これによれば、高い放熱効率を維持しつつ放熱体の重量を軽減することが可能となる。

本願発明によれば、半導体発光素子の温度上昇を抑制し、輝度の高い光を安定して放射することのできる照明装置を提供することができる。

図１は、照明装置の外観を模式的に下方から示す斜視図である。 図２は、照明装置の外観を模式的に側方から示す平面図である。 図３は、照明装置の一部を切り欠いて一部の断面を模式的に側方から示す平面図である。 図４は、照明装置の一部のみの断面、かつ、分離状態で模式的に側方から示す平面図である。

次に、本願発明に係る照明装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る照明装置の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。

図１は、照明装置の外観を模式的に下方から示す斜視図である。

図２は、照明装置の外観を模式的に側方から示す平面図である。

図３は、照明装置の一部を切り欠いて一部の断面を模式的に側方から示す平面図である。

図４は、照明装置の一部のみの断面、かつ、分離状態で模式的に側方から示す平面図である。

なお、これらの図に示す上側の方向（Ｚ軸プラス方向）を上方、下側の方向（Ｚ軸マイナス方向）を下方として、説明を行う場合がある。

図１に示すように、照明装置１００は、工場や体育館などの建屋（図示せず）の高い天井、または、その付近の梁などに吊り下げられた状態で建屋の内方を照らす装置であって、基台１０１と、半導体発光素子１０２（図３、４参照）と、保持体１０３とを備えている。また、本実施の形態の場合、照明装置１００は、取付部材１０４と、吊部材１０５と、カバー１０８とを備えている。

基台１０１は、厚さ方向に貫通した貫通孔１０６を備える板状の部材であり、半導体発光素子１０２を保持する機能を備えている。本実施の形態の場合、基台１０１は円環状であり、貫通孔１０６も円形である。基台１０１の材質は、熱伝導性の高い材質が好ましい。基台１０１の材質としては、金属が例示でき、特に軽量性や加工性などを考慮するとアルミニウム（アルミニウム合金含む）が好適と考えられる。

本実施の形態の場合、基台１０１はさらに、基台１０１の周縁から下方に向かって延設される放熱体１１１が取り付けられている。

放熱体１１１は、基台１０１に蓄積された熱を熱伝導により受け取り、受け取った熱を効率よく空気中に放熱する機能を担っており、下方に向かうに従い徐々に径が広がる形状が付加的に採用されている。つまり、放熱体１１１は、基台１０１の周縁から垂れ下がった状態で取り付けられている。放熱体１１１の当該形状（付加的な形状を除外した場合も含む）を採用することにより、基台１０１を介して半導体発光素子１０２を冷却する機能の他、基台１０１に取り付けられる半導体発光素子１０２や、カバー１０８にホコリが付着することを抑制できる。また、半導体発光素子１０２の下方空間の周囲を囲むことで、半導体発光素子１０２から発生られる熱で暖められた空気を閉じ込めることができ、効率よく基台１０１の貫通孔１０６を通過する気流を発生させることができる。

放熱体１１１の材質は、特に限定されるものではないが、放熱体１１１自体の放熱効率を重視する場合は、熱伝導性の高い材質を採用すれば良い。熱伝導性が高い材質とは基台１０１に採用されるような金属である。

なお、暖められた空気を閉じ込めることを重視する場合は、熱伝導性の比較的低い材質を採用してもかまわない。熱伝導性の低い材質としては、樹脂などを例示することができる。

本実施の形態の場合、基台１０１と放熱体１１１とが一体に形成されている。これにより、半導体発光素子１０２から発せられた熱が良好に基台１０１から放熱体１１１へ伝導させることができる。これにより、半導体発光素子１０２を効率よく冷却することができる。

さらに、放熱体１１１は、基台１０１の近傍である基部１１２（図４参照）よりも先端部１１３の厚さが薄いものとなっている。これにより、金属など比較的重い材質を放熱体１１１に採用した場合でも、高い放熱効率を維持したまま放熱体１１１の重量を低減することができる。

なお、基台１０１、および、放熱体１１１の製造方法は、特に限定されるものではないが、絞り加工を採用すれば、基台１０１と放熱体１１１とを簡便に一体成型し、所望の形状とすることができる。

また、基台１０１、および、放熱体１１１の形状は、放電ランプに用いられるいわゆる傘の形状に類似しているが、放熱体１１１（特に内面）に、高い反射率が要求されない点で傘とは明らかに異なる。つまり、半導体発光素子１０２は、水銀ランプなどに比べて配光角が狭く、さらに、カバー１０８を工夫することによりさらに配光角を調整できるため、放熱体１１１を用いて半導体発光素子１０２から照射される光を反射させて床面に到達させなくともよいことから、水銀ランプなどに用いられる傘とは機能が異なる。従って、放熱体１１１は、放熱を主目的とする部材であり、反射率が低下する場合でも放熱効率が上昇するのであれば、シボ加工などの表面処理を施してもかまわない。

半導体発光素子１０２は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などを用いた光源である。本実施の形態の場合、複数（例えば３０〜８０個）の半導体発光素子１０２（ＬＥＤチップ）が基板上に直接実装され、ＬＥＤチップを蛍光体含有樹脂によって一括封止した構成であるＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）型のＬＥＤモジュール１２０が採用されている。

また、半導体発光素子１０２はＬＥＤモジュール１２０として、基台１０１の貫通孔１０６の周囲に環状に並べて取り付けられている。

また、ＬＥＤモジュール１２０は、基板が基台１０１に直接接触するように、または、熱伝導性を高めるシートやペーストなどを介して基台１０１に対し取り付けられている。これにより、半導体発光素子１０２から発生する熱を基台１０１に効率よく伝えることが可能となる。

本実施の形態の場合、ＬＥＤモジュール１２０は、貫通孔１０６の周囲に等間隔に１２個並べられている。これにより、照明装置１００全体として、高い天井に取り付けても床面まで明るく均等に照らすことができる照明装置１００とすることができる。

また、ＬＥＤモジュール１２０の下方の空気を均等に暖めることができ、基台１０１の貫通孔１０６を通過する気流Ｆ(図３参照)を均一に安定させることができる。

本実施の形態の場合、ＬＥＤモジュール１２０は、透光性を有するカバー１０８、および、基台１０１により覆われた状態となっている。これにより、ＬＥＤモジュール１２０に直接ホコリが付着することを抑制でき、ホコリなどにより発生する短絡を抑制することができる。

カバー１０８は、ＬＥＤモジュール１２０を覆うように基台１０１に固定される部材であり、複数のＬＥＤモジュール１２０をホコリなどから保護する樹脂製のカバーである。カバー１０８は、ＬＥＤモジュール１２０に対応する位置に膨出状のレンズ部１８１が複数設けられている。つまり本実施の形態の場合、カバー１０８は、ＬＥＤモジュール１２０から放射される光の配光角を調整するレンズが一体に成型されたカバーである。

レンズ部１８１は、ＬＥＤモジュール１２０から照射される光の配光を制御するレンズであり、下方に突出（膨出）した形状を有している。具体的には、レンズ部１８１は、複数のＬＥＤモジュール１２０のそれぞれに対応して、複数のＬＥＤモジュール１２０のそれぞれを覆うように配置され、複数のＬＥＤモジュール１２０が発する光を所定の配光角となるように調整する。

本実施の形態では、１２個の円形状のＬＥＤモジュール１２０に対応して、１２個の円形状（半球形状）のレンズ部１８１が備えられている。また、複数のレンズ部１８１は、複数の環状のＬＥＤモジュール１２０のそれぞれに対応して、環状（本実施の形態では円環状）に配置されている。なお、レンズ部１８１の個数、形状及び配列は、上記に限定されず、ＬＥＤモジュール１２０の個数、形状及び配列に対応した個数、形状及び配列になるように構成される。

なお、カバー１０８の材料としては、アクリル樹脂を例示できる。アクリル樹脂は、可視光の透過率が高いため、アクリル樹脂を採用することで輝度の高い照明装置１００とすることができるので好ましい。一方、アクリル樹脂は、耐熱性が高くないが、本実施の形態のように半導体発光素子１０２の冷却効率の高い照明装置１００の場合、耐熱性が高くないアクリル樹脂製カバー１０８を半導体発光素子１０２の近傍に配置することができ、高い輝度を確保しつつ、配光角を容易に設定することが可能となる。

なお本記載は、レンズ部１８１の材質として、耐熱性の高いポリカーボネートなどを採用することを妨げるものではない。

また、カバー１０８の中央部に貫通孔を設け環形状にするのは、気流Ｆの発生を妨げないためである。

保持体１０３は、吊り下げられた状態において鉛直方向（図中Ｚ軸）に沿って管軸Ｃが配置され（図３、４参照）、基台１０１を吊り下げ状態で保持する筒形状の部材である。保持体１０３は、下端部に配置される下端開口１３１と基台１０１の貫通孔１０６とが連通するように基台１０１を保持している。保持体１０３の上端部に配置される上端開口を覆う蓋体１３２、および、保持体１０３の周壁１３３の少なくとも一方には、保持体１０３の内方と外方とを連通する貫通状の排気口１３４が設けられている。

本実施の形態の場合、保持体１０３の外形は、上端（図中Ｚ軸正の向き）に向かって細くなるテーパー形状である。また、保持体１０３の周壁１３３に設けられた排気口１３４は、保持体１０３の周壁１３３の下端部に配置され、水平方向に延びるスリット形状となっている。また、保持体１０３の管軸Ｃに垂直な断面形状は矩形となっている。

以上のように、保持体１０３の内部が空洞で、貫通孔１０６と連通した状態で保持体１０３が基台１０１を保持しているため、ＬＥＤモジュール１２０が発する熱により、図３に白抜き矢印で示す気流Ｆを発生させることができる。そして、保持体１０３に設けられる排気口１３４から気流Ｆを排気することで、効率よくＬＥＤモジュール１２０を冷却し、ＬＥＤモジュール１２０の異常な温度上昇を抑制することが可能となる。

特に、排気口１３４を保持体１０３の下端部に設けることで、排気された気流Ｆがさらに基台１０１を冷却し、ＬＥＤモジュール１２０の冷却効果を高めることができる。また、排気口１３４を周壁１３３に設けることで、ＬＥＤモジュール１２０を発光させていない時に排気口１３４からホコリが侵入することを抑制できる。

また、保持体１０３をテーパー形状とすることで、保持体１０３の重量を軽減し、製造を容易にすることができる。

また、本実施の形態の蓋体１３２は、保持体１０３の上端開口を閉塞しており、保持体１０３内部に上端開口からホコリが侵入することを防止している。

また、管軸Ｃに垂直な断面形状を矩形とすることで、保持体１０３の内部に他の部材を容易に安定した状態で取り付けることができる。

なお、保持体１０３の材質は、熱伝導性の高い材質が好ましく、金属が例示でき、特に軽量性や加工性などを考慮するとアルミニウム（アルミニウム合金含む）が好適と考えられる。

また、保持体１０３の下端には、管軸Ｃに垂直に広がるフランジ部１３５が設けられている。フランジ部１３５は、保持体１０３が基台１０１を保持し易くする部分である。また、フランジ部１３５の外周形状は基台１０１とほぼ同型状の円形であり、フランジ部１３５の中心に設けられる貫通状の孔である下端開口１３１の形状は、角形である。フランジ部１３５の全体形状としては環形状となっており、フランジ部１３５の外周と基台１０１の外周とを合わせて配置すると、貫通孔１０６の全てを含むように下端開口１３１が配置されるものとなっている。これは、基台１０１との接触面積をできる限り多くすることで、基台１０１に蓄積された熱を熱伝導により効率よく受け取り、基台１０１を介して半導体発光素子１０２の熱上昇を抑制することができる。また、熱を自身で放熱するほか、保持体１０３の周壁１３３などに伝えることで、周壁１３３などからも放熱させ、照明装置１００の放熱効率を高めることができる。

なお、下端開口１３１の形状は、角形に限定されるものではなく、円形などを採用することも可能である。また、下端開口１３１の形状を、筒状の保持体１０３の内部形状と合致させることにより製造が容易になるため好ましい。

本実施の形態の場合、照明装置１００は、上記構成の他、取付部材１０４と、吊部材１０５と、電源装置１０９とを備えている。

吊部材１０５は、保持体１０３を吊り下げるための部材である。本実施の形態の場合、吊部材１０５は、円筒状の金属製部材であり、例えば薄鋼電線管が用いられる。吊部材１０５は、上部が取付部材１０４の下部に挿入され、下部が保持体１０３の上部に挿入されている。具体的には蓋体１３２に挿入されている。

取付部材１０４は、天井に吊部材１０５の上端部を取り付けるための部材である。取付部材１０４は、下部が円筒形状に形成されており、当該下部の内方に吊部材１０５の上端が挿入され固定されている。

以上により、照明装置１００は、天井に吊り下げ状態で取り付けることができるものとなっている。

電源装置１０９は、ＬＥＤモジュール１２０の各半導体発光素子１０２を発光させるための電力をＬＥＤモジュール１２０に供給する装置である。本実施の形態の場合、保持体１０３の内面に取り付けられている。これにより、電源装置１０９にホコリが付着する現象を抑制することができる。なお、電源装置１０９からＬＥＤモジュール１２０に至る電線などの部材の図示は省略している。

上記構成の照明装置１００によれば、寿命の長い半導体発光素子１０２により、長期間高い天井に取り付けておくことが可能となる。また、照明装置１００の構造に基づき発生する気流Ｆにより、効率よく半導体発光素子１０２を冷却して、安定して高い輝度の光を放射することができる。また、半導体発光素子１０２や、カバー１０８にホコリが付着することを放熱体１１１が抑制し、また、気流Ｆにより、付着したホコリを取り除くことも可能となる。従って、長期間高い天井に取り付けた状態の照明装置１００であったとしても、ホコリの付着による照明装置１００の輝度の低下を抑制し、高所で行わなければならない照明装置１００のメンテナンスの頻度を減少させることが可能となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、排気口１３４は、保持体１０３の周壁１３３の上端部に設けてもかまわない。例えばこの場合、保持体１０３内部に取り付けられている電源装置１０９に至る気流Ｆを発生することができ、電源装置１０９を冷却することが可能となる。

また、保持体１０３の外形は、上端に行くほど細くなるテーパー形状ではなく、直管形状であっても、また、上端に行くほど太くなるテーパー形状でもかまわない。

また、基台１０１は、円環形状ばかりで無く、矩形の環形状など、任意の環形状を採用しうる。

また、「垂直」などの文言は、本願発明の趣旨を逸脱しない程度の誤差（ひろがり）を許容する意味で使用している

本願発明は、天井から吊り下げるタイプの照明装置に適用できる。

Ｃ 管軸
Ｆ 気流
１００ 照明装置
１０１ 基台
１０２ 半導体発光素子
１０３ 保持体
１０４ 取付部材
１０５ 吊部材
１０６ 貫通孔
１０８ カバー
１０９ 電源装置
１１１ 放熱体
１１２ 基部
１１３ 先端部
１２０ モジュール
１３１ 下端開口
１３２ 蓋体
１３３ 周壁
１３４ 排気口
１３５ フランジ部
１８１ レンズ部
３００ 本体

Claims (4)

1. 建屋の天井に吊り下げられた状態で建屋内方を照らす照明装置であって、
   厚さ方向に貫通した貫通孔を備える板状の基台と、
   前記基台の前記貫通孔の周囲に並べて取り付けられる複数の半導体発光素子と、
   吊り下げられた状態において鉛直方向に沿って管軸が配置され、下端部に配置される下端開口と前記基台の前記貫通孔とが連通するように前記基台を吊り下げ状態で保持する筒形状の保持体と、
   前記保持体の上端部に配置される上端開口を覆い、前記保持体と一体、または、別体の蓋体と、
   前記保持体、および、前記蓋体の少なくとも一方に設けられ、前記保持体の内方と外方とを連通する排気口と
   を備える照明装置。
2. 前記保持体の外形は、上端に向かって細くなるテーパー形状であり、
   前記排気口は、前記保持体の周壁に設けられる
   請求項１に記載の照明装置。
3. さらに、
   前記基台の周縁から下方に向かって延設される放熱体を備える
   請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記放熱体は、前記基台近傍の基部よりも先端部の厚さが薄い
   請求項３に記載の照明装置。

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