JP2014165020A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】空冷構造における発光体の放熱の向上が図られて、出射光の高出力化および器具全体の小型化が可能な照明器具を提供する。
【解決手段】照明器具１は、一端側６ａから他端側６ｂに拡開し他端側６ｂに照射開口１０を有する筒状の反射体部６および反射体部６の外面６ｄに一端側６ａから他端側６ｂに亘る複数個のフィン部７を備える器具本体２と、半導体発光素子を有してなり、照射開口１０に正対するように反射体部６内に反射体部６に熱結合して設けられた発光体３と、器具本体２を一端側６ａから他端側６ｂに亘って包囲し、他端側６ｂに通気孔２９を形成するように器具本体２に取り付けられた筒状のカバー体４と、器具本体２の一端側６ａの外部に設けられ、通気孔２９を通じて各フィン部７，７間に強制的に通気するファン５と、を具備している。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子を光源とし、その放射光を所定の方向に照射する照明器具に関する。

半導体発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）は、低消費電力や長寿命等の利点を有するので、各種照明器具の光源として使用されている。そして、当該光源は、ＣＯＢ（chip on board）型のＬＥＤモジュール（発光体）で用いられているものがある。このＬＥＤモジュールは、基板の一面側にＬＥＤベアチップを複数個実装するとともに蛍光体が混じられた透光性樹脂で封止して形成されている。そして、スポットライトなどの照明器具では、反射板や反射鏡などを設けて、ＬＥＤモジュールからの放射光を所定の方向に集光して出射するようにしている。

しかしながら、発光ダイオードは、点灯により発熱するので、照明器具は、発光ダイオードの発熱に見合った放熱特性が必要となっている。ＬＥＤモジュールは、複数個のＬＥＤベアチップを集中配置するので、発熱量が多く、発熱密度が高いために、通常、ヒートシンク（放熱板）を密接させて、ヒートシンクを介して放熱させている。そして、ファンによる強制冷却により、ＬＥＤモジュールの放熱特性を向上させる照明装置が提案されている（例えば特許文献１，２参照。）。当該照明装置は、ケース（ハウジング）内にファンが配置され、ケースの外面に吸気口および排気口が設けられている。

特開２０１１−１４６３１９号公報（第４頁、第１，４，５図） 特開２０１２−２３８５６４号公報（第７−８頁、第１１，１２図）

近年、照明器具の高出力化や小型化により、ＬＥＤモジュールは、多数個のＬＥＤベアチップが密集して設けられており、より効率的な放熱特性が必要となっている。特に、出射光を所定の方向に集光させるスポットライトにおいては、ＬＥＤモジュールが小型化されるほど配光制御しやすく、このため、ＬＥＤベアチップが密集化され、ＬＥＤモジュールが小型化されているので、さらなる放熱特性の改善が求められている。

ファンがケース内に配置され、ケースの外面に吸気口および排気口が設けられる空冷構造の照明装置は、冷却用の風量が限定されるとともに、ヒートシンクなどの部分的な冷却であるので、ＬＥＤモジュールの高出力には対処できないという欠点を有する。

本発明は、空冷構造における発光体の放熱の向上が図られて、出射光の高出力化および器具全体の小型化が可能な照明器具を提供することを目的とする。

実施形態の照明器具は、器具本体、発光体、カバー体およびファンを有して構成される。

器具本体は、反射体部および複数個のフィン部を有している。反射体部は、一端側から他端側に拡開する筒状に形成され、他端側に照射開口を有する。複数個のフィン部は、反射体部の外面に、反射体部の一端側から他端側に亘って形成されている。

発光体は、半導体発光素子を有してなり、反射体部の照射開口に正対するように反射体部内に反射体部に熱結合して設けられる。半導体発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子などである。

カバー体は、器具本体を包囲する筒状に形成され、反射体部の一端側から他端側に亘って包囲している。そして、カバー体は、反射体部の他端側に通気孔を形成するように器具本体に取り付けられている。

ファンは、器具本体の一端側の外部に設けられ、通気孔を通じて器具本体の複数個のフィン部間に外気を強制的に通気するものである。

本実施形態によれば、器具本体は、筒状の反射体部および複数個のフィン部によって大きな放熱面を有し、通気孔を通じたファンによる通気が複数個の一端側から他端側に亘るフィン部間に流れるので、器具本体に熱伝導された発光体からの熱を迅速に放熱させることができ、さらに光学制御部による放熱構造を有するために、発光体を高出力化できるとともに、器具本体を小型化できることが期待できる。

本発明の実施形態を示す照明器具の前面カバーを透視した概略正面図である。 同上、図１のＡ−Ａ矢視方向における概略側断面図である。 同上、図２のＢ−Ｂ矢視方向における概略正面断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態の照明器具１は、図２に示すように、スポットライトに形成されている。照明器具１は、略正四面体状に形成され、器具本体２、発光体３、カバー体４およびファン５を有して構成されている。

器具本体２は、反射体部６および複数個のフィン部７を有してなり、例えばアルミダイキャストにより成型されている。すなわち、器具本体２は、高熱伝導率を有するアルミニウム（Ａｌ）により形成されている。反射体部６は、一端側６ａに円柱状の基端部８および他端側６ｂに鍔部９を有し、一端側６ａ（基端部８）から他端側６ｂ（鍔部９）に次第に拡開する略円錐台の筒状に形成されている。反射体部６の他端側６ｂには、円形状の照射開口１０が形成されている。

鍔部９は、照射開口１０の周回に亘って外方に突出し、図１に示すように、外形がほぼ正四角形となるように形成されている。鍔部９は、その４隅側において、照射開口１０を塞ぐように、ねじ１２により前面カバー１３を取り付けている。

すなわち、前面カバー１３には、ねじ１２の不図示の挿通孔が形成され、鍔部９には、ねじ１２の不図示のタップ付きのねじ孔が形成されている。前面カバー１３は、鍔部９よりも幾分外方に突出する正四角形の平板であり、透光性の合成樹脂例えばポリカーボネート樹脂またはガラスにより形成されている。

図２において、反射体部６の内面６ｃは、反射面に形成されている。基端部８は、その照射開口１０側が平坦状の底部１４となっている。すなわち、反射体部６は、一端側６ａの内部に、照射開口１０に正対する底部１４を有している。この底部１４には、基端部８の背面１５に貫通する例えば円柱状の配線孔１６が形成されている。配線孔１６は、底部１５を反射体部６の一端側６ａの外部に連通させている。

複数個のフィン部７は、所定の厚さ例えば１〜５ｍｍを有する板状に形成され、反射体部６の外面６ｄに一端側６ａから他端側６ｂに亘って直線状に設けられている。フィン部７は、鍔部９の外周端面９ａと略同一面となるように、かつ一端側端面７ａが基端部８の背面１５と同一面となるように、反射体部６の外面６ｄから突出形成されている。また、複数個のフィン部７は、図３に示すように、反射体部６の外面６ｄに、外面６ｄの周回に亘って等間隔に形成されている。複数個のフィン部７は、底部１４の中心軸に対して放射状に形成されている。したがって、各フィン部７は、反射体部６の外面６ｄからの突出長が異なっている。そして、反射体部６の底部１４には、発光体３が設けられている。

発光体３は、平板状の基板１７、この基板１７の一面１７ａに複数個が設けられた半導体発光素子としてのＬＥＤベアチップ１８およびＬＥＤベアチップ１８を覆う封止樹脂１９を有して形成されている。基板１７は、例えばアルミニウム（Ａｌ）板からなり、円形状に形成されて、一面１７ａに図示しない絶縁層を介してＬＥＤベアチップ１８を実装し、図示しない配線パターンを形成している。

ＬＥＤベアチップ１８は、その複数個が例えば同心円上に略等間隔で実装されており、配線パターンにより例えば直並列接続されている。また、複数個のＬＥＤベアチップ１８は、例えばシリコーン樹脂からなり、基板１７の一面１７ａ側に四角形状に形成されたバンク（枠部）２０の内側に実装されており、バンク２０内に充填された封止樹脂１９により埋められている。ＬＥＤベアチップ１８は、例えば青色光を放射する。

封止樹脂１９は、透光性の例えばシリコーン樹脂であり、図示しない黄色蛍光体が混入されている。当該黄色蛍光体は、ＬＥＤベアチップ１８から放射された青色光が入射されると、青色光を黄色光に波長変換する。この黄色光と、ＬＥＤベアチップ１８から放射された青色光が混色（混光）することにより、発光体３から白色光が放射される。封止樹脂１９の表面は、発光体３の発光面となっている。

そして、発光体３は、その基板１７の一面１７ａ側が照射開口１０側となるようにして、基板１７が複数個のねじ２１により、反射体部６の底部１４に密接するように取り付けられている。すなわち、図２に示すように、基板１７には、ねじ２１を通す挿通孔２２が形成され、反射体部６の基端部８には、ねじ２１が螺合されるねじ孔２３が形成されている。ねじ２１は、照射開口１０側からねじ孔２３に完全にねじ込まれる。基板１７は、底部１４に密接することにより、底部１４に熱結合している。こうして、発光体３は、照射開口１０に正対するように反射体部６内に反射体部６に熱結合して設けられている。

そして、発光体３は、その基板１７からのリード線２４が配線孔１６を通って反射体部６の一端側６ａの外部空間に導出されて、不図示の点灯装置に接続されている。すなわち、発光体３は、配線孔１６を介して点灯装置に配線されている。

点灯装置は、発光体３のＬＥＤベアチップ１８に所定の電流を供給してＬＥＤベアチップ１８を点灯する既知の点灯回路に形成されている。

発光体３は、上述したように、反射体部６の底部１４にねじ２１により取り付けられ、配線孔１６を介してリード線２４が点灯装置に配線されるので、照射開口１０に正対して反射体部６の一端側６ａの内部に容易に設けられる。

なお、発光体３は、基板１７に表面実装型の発光ダイオード（パッケージ品）を複数個実装して形成されたものであってもよい。また、反射体部６は、円錐台の筒状に限らず、例えば正角錐台状など、一端側６ａから他端側６ｂに拡開するとともに、回転対称の筒状に形成されていればよい。

カバー体４は、金属板例えば冷間圧延鋼板により、有底の四角筒状に形成されている。そして、カバー体４は、その４個の側板２５が器具本体２の複数個のフィン部７に接触するようにして器具本体２を包囲して、その底板２６がねじ２７によって器具本体２のフィン部７に取り付けられている。図３に示すように、底板２６の４隅側に対応するフィン部７は、所定長の膨出部２８を有して形成されており、この膨出部２８にねじ２７のねじ孔３４が形成されている。カバー体４は、図２に示すように、その４個の側板２５内に器具本体２を挿入し、その底板２６が複数個のフィン部７の一端側端面７ａに密接するように取り付けられている。そして、底板２６には、その中心で例えば円形状の開口２８が形成されている。

そして、４個の側板２５は、器具本体２を反射体部６の一端側６ａ（基端部８）から他端側６ｂに亘って包囲しているが、その先端側２５ａが反射体部６の鍔部９と所定長例えば５〜１０ｍｍ離間するように形成されている。これにより、鍔部９とカバー体４との間に、各フィン部７，７間の通気孔２９が形成されている。すなわち、カバー体４は、反射体部６（器具本体２）の他端側６ｂに通気孔２９を形成するように反射体部６（器具本体２）に取り付けられている。

また、本実施形態では、鍔部９は、反射体部６の底部１４の中心軸に対して直角となるとともに、その外周端面９ａがカバー体４の４個の側板２５の内面２５ｂと同一面または同一面以上となるように突出形成されている。こうして、通気孔２９は、カバー体４の側板２５側に形成されている。

各通気孔２９は、略長方形となっている。しかし、各通気孔２９の大きさは、複数個のフィン部７の反射体部６の外面６ｄからの突出長がそれぞれ異なるために、異なっている。各通気孔２９は、各フィン部７，７間において、底板２６の開口２８と連通している。本実施形態において、開口２８は、外気の流入口である。開口２８から各フィン部７，７間に流入した外気は、各フィン部７，７間を一端側６ａから他端側６ｂに沿って流れて、各通気孔２９からカバー体４の側板２５側の外部空間に排出される。本実施形態において、通気孔２９は、開口２８からフィン部７，７間に流入した外気の流出口（排気口）となっている。

ファン５は、市販品の四角形状の例えば軸流ファンであり、器具本体２の各フィン部７，７間に外気を送風するように器具本体２の一端側６ａの外部に設けられている。すなわち、ファン５は、各通気孔２９を通じて各フィン部７，７間に外気を強制的に通気するものであり、カバー体４の底板２６の開口２８に正対するようにして、複数個のねじ３０により、底板２６に取り付けられている。ねじ３０は、ファン５の４隅の不図示の取付け孔を挿通して、底板２６の不図示のねじ孔にねじ込まれている。このとき、ねじ３０は、フィンガーガード３１をファン５に取り付けている。

そして、ファン５は、そのモータ部３２に不図示の電源線が接続されている。この電源線を介して外部電源がモータ部３２に供給されると、羽根３３がモータ部３２の周りに回転する。これにより、フィンガーガード３１を通った外気が底板２６の開口２８から器具本体２の各フィン部７，７間に流入する。ファン５は、各通気孔２９において、例えば毎秒１〜１０ｍの風速が得られるものが用いられている。

上述のようにして構成された照明器具１は、そのカバー体４の側板２５に例えばアームが取り付けられ、当該アームが天井やライティングレールに取り付けられる。そして、器具本体２の照射開口１０が所定の方向に向けられて、発光体３の放射光が被照射物に向かって照射される。
次に、本発明の実施形態の作用について説明する。

点灯装置に外部電源が供給されると、点灯装置からリード線２４を介して所定の電流が発光体３に供給される。発光体３のＬＥＤベアチップ１８が点灯（発光）し、発光体３から白色光が放射される。発光体３の放射光は、直接光または反射体部６の内面６ｃで反射された反射光となって略平行光に制光（集光）され、前面カバー１３を透過して所定の方向に出射される。

また、発光体３は、ＬＥＤベアチップ１８の点灯に伴って発熱する。この熱は、主として、発光体３の基板１７から反射体部６の底部１４を介して基端部８に熱伝導される。そして、反射体部６の基端部８（一端側６ａ）から鍔部９（他端側６ｂ）に熱伝導されるとともに、反射体部６の外面６ｄに突出形成された複数個のフィン部７に熱伝導される。発光体３の基板１７および器具本体２は、それぞれ高熱伝導率を有する例えばアルミニウム（Ａｌ）により形成され、発光体３が底部１４（反射体部６）に熱結合しているので、発光体３に発生した熱は、反射体部６および複数個のフィン部７に迅速に熱伝導される。

反射体部６は、一端側６ａから他端側６ｂに拡開する略円錐台の筒状に形成され、複数個のフィン部７は、反射体部６の外面６ｄの周回において一端側６ａから他端側６ｂに亘る板状に形成されているので、反射体部６の外面６ｄおよび複数個のフィン部７での放熱面（表面積）は、非常に大きいものである。したがって、反射体部６および複数個のフィン部７に熱伝導した熱は、反射体部６の外面６ｄおよび複数個のフィン部７の表面から器具本体２およびカバー体４の間の内部空間に迅速に放出される。すなわち、照明器具１は、反射体部６の光学制御部による放熱構造となっているので、発光体３の発生熱が反射体部６に迅速に熱伝導されて放出される。

そして、点灯装置への外部電源の供給と同時に、または所定の時間の経過後に、ファン５のモータ部３２にＤＣ電源が供給される。ファン５の羽根３３が回転し、外気がカバー体４の底板２６の開口２８から各フィン部７，７間に流入する。カバー体４の４個の側板２５は、複数個のフィン部７に接触するようにして器具本体２を一端側６ａから他端側６ｂに亘って包囲し、複数個のフィン部７は、反射体部６の外面６ｄに底部の１４の中心軸に対して放射状に形成されているので、各フィン部７，７間に流入する外気量（風量）は、ほぼ同等となっている。

各フィン部７，７間に流入した外気は、一端側６ａから他端側６ｂに流れて各通気孔２９から外部空間に流出する。当該外気は、各フィン部７，７間に流れているときに、反射体部６の外面６ｄおよび複数個のフィン部７の表面から放出した熱を吸収する。これにより、反射体部６の外面６ｄおよび複数個のフィン部７の表面から器具本体２およびカバー体４の間の内部空間に放出された熱は、カバー体４の側板２５側の外部空間に排出される。

そして、外気は、通気孔２９での流速が１ｍ／秒以上であると、反射体部６の外面６ｄおよび複数個のフィン部７から放出される熱量を外部空間に排出させることが可能である。すなわち、発光体３の発生熱は、器具本体２に停留され増加されることなく、外部空間に排出される。

そして、反射体部６の一端側６ａから他端側６ｂに流れる外気は、一端側６ａの鍔部９に当たって通気孔２９から外部空間に排出される。鍔部９は、反射体部６の照射開口１０の周回に亘って外方に突出するように、本実施形態では底部１４の中心軸に対して直角であり、その外周端面９ａがカバー体４の４個の側板２５の内面２５ｂと同一面または同一面以上となるように外方に突出形成され、かつ、通気孔２９は、カバー体４の４個の側板２５側に形成されているので、ファン５から送風された外気は、通気孔２９から側板２５側の外部空間に排出される。すなわち、通気孔２９から排気された熱風が発光体３の放射光の出射方向側に直接的に流れなくなる。

こうして、発光体３に発生した熱は、停留することなく外部空間に排出されるので、例えば多数個のＬＥＤベアチップ１８を有して発光体３が高出力化されて発熱量が増加しても、発光体３の温度上昇が抑制され、これにより、発光体３が長寿命化される。

また、器具本体２は、略円錐台の筒状の反射体部６および複数個の板状のフィン部７によって大きな放熱面を有し、反射体部６および複数個のフィン部７から放出された熱がファン５からの送風により外部空間に排出されるので、小型化しても、高出力の発光体３からの熱をファン５からの送風により外部空間に排出させられる。すなわち、高出力化された発光体３が設けられる器具本体２を小型化することができる。ここで、ファン５は、各通気孔２９での外気の流速が９ｍ／秒以下のものであれば、小型化される器具本体２よりも外形が大きくならないものを使用可能である。これにより、照明器具１が小型化される。

本実施形態の照明器具１によれば、器具本体２は、略円錐台の筒状の反射体部６および複数個の板状のフィン部７によって大きな放熱面を有し、ファン５からの送風が各フィン部７，７間に一端側６ａから他端側６ｂに沿って流れる光学制御部による放熱構造であるので、器具本体２に熱伝導された発光体３からの熱を迅速に外部空間に排出させることができ、これにより、発光体３を高出力化できるとともに、器具本体２を小型化することができるという効果を有する。

また、発光体３は、反射体部６の底部１４に、ねじ２１により熱結合して取り付けられ、配線孔１６を介してリード線２４が点灯装置に配線されるので、発光体３を照射開口１０に正対するようにして反射体部６の一端側６ａの内部に容易に設けることができ、これにより、照明器具１の組み立ての省力化を図ることができて、照明器具１を安価に形成できるという効果を有する。

また、ファン５からの送風の通気孔２９は、反射体部６の鍔部９とカバー体４の４個の側板２５の先端側２５ａとの間に形成されているので、通気孔２９から排気される熱風を側板２５側の外部空間に排出することができて、これにより、発光体３の放射光が照射される被照射物側に熱風が流れることを抑制できるという効果を有する。

なお、本実施形態において、カバー体４は、有底の四角筒状に形成したが、これに限らず、例えば有底の円筒状に形成されてもよい。この場合、複数個のフィン部７の反射体部６の外面６ｄからの突出長は、ほぼ同等となるものである。

また、ファン５からの送風の通気孔２９は、被照射物への熱風の影響が無視できるものであれば、反射体部６の鍔部９側に設けてもよい。この場合、カバー体４は、その側板２５の先端側２５ａが鍔部９に接触または近接するようにして器具本体２に取り付けられ、ファン５からの送風が通気孔２９のみに通じるように鍔部９側に通気孔２９を形成している。

また、本実施形態において、ファン５は、外気が通気孔２９からフィン部７，７間に流入し、カバー体４の底板２６の開口２８から外部空間に排出するように、底板２６に取り付けられてもよい。

また、本発明の上述した実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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ものである。

１…照明器具、 ２…器具本体、 ３…発光体、 ４…カバー体、 ５…ファン、 ６…反射体部、 ７…フィン部、 ９…鍔部、 １４…底部、 １６…配線孔、 １８…半導体発光素子としてのＬＥＤベアチップ、 ２９…通気孔

Claims (3)

1. 一端側から他端側に拡開し前記他端側に照射開口を有する筒状の反射体部およびこの反射体部の外面に前記一端側から前記他端側に亘る複数個のフィン部を備える器具本体と；
   半導体発光素子を有してなり、前記照射開口に正対するように前記反射体部内に前記反射体部に熱結合して設けられた発光体と；
   前記器具本体を前記一端側から前記他端側に亘って包囲し、前記他端側に通気孔を形成するように前記器具本体に取り付けられた筒状のカバー体と；
   前記器具本体の前記一端側の外部に設けられ、前記通気孔を通じて前記複数個のフィン部間に強制的に通気するファンと；
   を具備していることを特徴とする照明器具。
2. 前記反射体部は、前記一端側の内部に前記照射開口に正対する平坦状の底部およびこの底部に前記一端側の外部に連通する配線孔を有し、前記発光体は、前記底部に熱結合して取り付けられ前記配線孔を介して配線されていることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
3. 前記反射体部は、その照射開口の周回に亘って外方に突出する鍔部を有し、この鍔部と前記カバー体との間に前記通気孔を形成していることを特徴とする請求項１または２記載の照明器具。

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