JP2017050205A - 灯具及びこの灯具を備えたスポットライト - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能を向上させることができ、且つ、小型化が可能な灯具及びこの灯具を備えたスポットライトを開発すること。
【解決手段】実施形態に係る灯具１は、前面側の中心よりに発光部４０を有し、背面側に放熱フィン５を有する筐体１０を備え、放熱フィン５は、発光部４０が配設された背面側の領域を避けて設けられている。
【選択図】 図４

Description

本発明の実施形態は、例えば、ライティングダクトに取り付けられる灯具及びこの灯具を備えたスポットライトに関する。

従来、照明器具として、例えば、光源を有する灯具を器具本体に対して回動可能に支持したスポットライトが知られている。光源にＬＥＤを用いる場合、放熱のためのフィンを灯具の筐体に設ける必要がある。放熱フィンを光源付近に設けることにより、光源からの熱を効率的に空気中へ放出することができる。放熱フィンを用いた一般的な放熱は、熱源からの熱を大きな質量又は表面積を備える放熱フィンに伝導することにより外気との熱交換を促進させ、熱源の周囲の温度を下げることにより達成されている。

特開２０１１−１１３８１４号公報

しかしながら、同数の放熱フィンを保持した状態で灯具を小型すると、放熱フィンの間隔が狭くなる。このため、熱源付近に熱が籠りやすくなり、放熱性能の低下を招く虞がある。

そこで、本発明の実施形態においては、放熱性能を向上させることができ、且つ、小型化が可能な灯具及びこの灯具を備えたスポットライトを開発することを目的とする。

実施形態に係る灯具は、前面側の中心よりに発光部を有し、背面側に放熱フィンを有する筐体を備え、放熱フィンは、発光部が配設された背面側の領域を避けて設けられている。

本発明の灯具及びこの灯具を備えたスポットライトによれば、放熱性能を向上させることができる。

図１は、実施形態に係るスポットライトを示す斜視図である。 図２は、図１のスポットライトを中心軸Ｐに沿ってＦ２−Ｆ２で切断した状態を示す断面図である。 図３は、図１のスポットライトの灯具を電源ケース側から見た平面図である。 図４は、図３の灯具をＦ４−Ｆ４沿って切断した断面図である。 図５は、図１のスポットライトの底面図である。 図６は、２枚の第３放熱フィンの間の距離とＬＥＤ光源付近の温度との関係を示したグラフである。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
図１は、スポットライト１００の外観斜視図である。図２は、図１のスポットライトを中心軸Ｐに沿って切断した状態を示す断面図である。

スポットライト１００は、電源へ接続される電源ケース２と、後述するＬＥＤ光源（発光部）４０を含む灯具１とを有する。本実施形態に係るスポットライト１００は、図１に示すように、灯具１を電源ケース２に対して同軸に配置した状態で、略円柱状の外観を有する。すなわち、スポットライト１００は、円柱状の外観を有する電源ケース２と、電源ケース２と同径の円柱状の外観を有する灯具１を有する。なお、スポットライト１００は、電源ケース２と灯具１の間にアーム３を有し、灯具１を電源ケース２に対して回動可能としている。

電源ケース２は、図２に示すように、略有底円筒状の筐体２０と、ライティングダクトへの接続部材２２と、点灯回路２４と、を備えている。筐体２０は、内部に点灯回路２４を収納するとともに、上端に接続部材２２を有する。接続部材２２は、電源ケース２の中心軸Ｐと同軸に配置される。接続部材２２は、一端（図示上端）に電気プラグ２２ａを含む。接続部材２２は、図示しないライティングダクトに電気的及び機械的に接続される。ここで、ライティングダクトとは、一般的に天井や壁面に取り付けられるレール状の電源供給部材である。スポットライト１００は、ライティングダクトに沿って任意の位置に取り付けることができる。また、スポットライト１００は、ライティングダクトに沿って移動することができる。

点灯回路２４は、図２に示すように電源ケース２の内部に配置される回路基板である。点灯回路２４は、後述する基板４２を介してＬＥＤ光源４０へ流す電圧等を調整して、ＬＥＤ光源４０の明るさや色を調節する。

次に、灯具１について、図１及び図２に加えて、図３〜図５を用いて説明する。図３は、図１のスポットライト１００の灯具１を電源ケース２側から見た平面図である。図４は、図３の灯具１をＦ４−Ｆ４に沿って切断した断面図である。図５は、図１のスポットライト１００の底面図である。

灯具１は、電源ケース２とアーム３を介して回動自在に接続された筐体１０と、筐体１０の内側に配置され、点灯回路２４と電気的に接続されるＬＥＤ光源４０と、を備えている。また、ＬＥＤ光源４０の周囲に配光部材４６及びレンズ４４を有する。

筐体１０は、図１に示す状態で、電源ケース２と同軸に配置される。筐体１０は、電源ケース２と同径の略円柱状の外観を有する。筐体１０は、図２に示すように、軸方向の略中央にある受熱壁１４と、受熱壁１４の第１面（背面側）１４ａから図示上方に延設される複数枚の放熱フィン５と、受熱壁１４の第２面（前面側）１４ｂに突設して設けられるＬＥＤ光源４０の取付台１３と、を備えている。

また、受熱壁１４の第２面１４ｂ側には、第２面１４ｂを底面とする略円筒形の凹部１６が設けられている。凹部１６の第２面１４ｂと反対側には開口部１２が設けられている。凹部１６の内周面１６ａは、第２面１４ｂから開口部１２に向けて拡散するように傾斜している。凹部１６には、後述するＬＥＤ光源４０、レンズ４４、配光部材４６等が収容配置される。

放熱フィン５は、図２に示すように、受熱壁１４の第１面１４ａから電源ケース２へ向かって、互いに間隔を空けて延びる複数の板状の部分である。すなわち、放熱フィン５は、受熱壁１４の第１面１４ａに一体に櫛状に配置されている。図３に示すように、放熱フィン５は、第１放熱フィン５ａ、第２放熱フィン５ｂ、第３放熱フィン５ｃ、第４放熱フィン５ｄ、及び、第５放熱フィン５ｅを含む。

放熱フィン５は、それぞれ等間隔でアーム３との後述する連結面３０の長手方向と直交する方向に受熱壁１４に並べられる。言い換えれば、放熱フィン５は、アーム３の偏心方向と直交する方向に受熱壁１４に並べられる。

放熱フィン５の並び方向に沿った両端にある、第１放熱フィン５ａ及び第５放熱フィン５ｅは、中心軸Ｐに対して直交する方向の切断面の周縁に円弧を含む柱部分である。つまり、第１放熱フィン５ａ及び第５放熱フィン５ｅは、その側面に円弧状に湾曲した湾曲面を有する。第１放熱フィン５ａ及び第５放熱フィン５ｅの湾曲面は、灯具１の外周面の一部を構成している。

第２放熱フィン５ｂ及び第４放熱フィン５ｄは、中心軸Ｐに対して直交する方向の切断面の形状が略台形の板状部分である。第２放熱フィン５ｂ及び第４放熱フィン５ｄは、上記切断面における長手方向の両端の２辺が灯具１の外周面に沿って設けられる。

第３放熱フィン５ｃは、第２放熱フィン５ｂ及び第４放熱フィン５ｄに挟まれて配置される。第３放熱フィン５ｃは、図４に示すように、中央部分に受熱壁１４の第１面１４ａが露出した領域である空隙１８を有する。すなわち、第３放熱フィン５ｃは、２枚の分離した放熱フィン５０ａ及び放熱フィン５０ｂを有する。放熱フィン５０ａ及び放熱フィン５０ｂは、それぞれ中心軸Ｐに対して直交する方向の切断面の形状が略長方形の板状部材である。言い換えれば、第３放熱フィンは、ＬＥＤ光源４０と対向する第１面１４ａ側の領域の外側に設けられている。また、放熱フィン５０ａの電源ケース２側の端部には、アーム３と接続する連結面３０が設けられている。

空隙１８のサイズは、ＬＥＤ光源４０の大きさにより適宜設計される。本実施形態において、空隙１８は、受熱壁１４の第２面１４ｂ側に設けられるＬＥＤ光源４０を覆う大きさを有する。すなわち、本実施形態に示すＬＥＤ光源４０を用いた場合には、その外周が隣接する第２放熱フィン５ｂ、第３放熱フィン５ｃ及び第４放熱フィン５ｄとも重ならない領域を受熱壁１４の第１面側に設けている。

筐体１０は、熱伝導性が高いアルミニウムやアルミニウム合金などの金属により一体成形されている。

ＬＥＤ光源４０は、図４及び図５に示すように、基板４２に実装される。ＬＥＤ光源４０は、円形である。基板４２は、受熱壁１４の取付台１３に設けられる取付面１１に接触して取り付けられる。なお、基板４２と取付面１１の間には熱伝導率の高い接着剤などを介在させても良い。また、基板４２は、筐体１０の取付台１３にネジ留め固定されることが望ましい。本実施形態においては、ＬＥＤ光源４０は、灯具１の中心軸Ｐと同軸に設けられている。

配光部材４６は、略円筒状を有する。配光部材４６は、凹部１６の内周面１６ａに沿って設けられる。配光部材４６は、ＬＥＤ光源４０からの光を反射する。配光部材４６は、例えば、内面を鏡面加工した反射材である。
レンズ４４は、ＬＥＤ光源４０からの光を透過、屈折、または反射させる。すなわち、レンズ４４及び配光部材４６は、開口部１２から外へ向かう光の方向を調節する。本実施形態においては、レンズ４４として、いわゆるフレネルレンズを用いた。なお、レンズ４４の種類は、フレネルレンズに限られない。レンズ４４は、スポットライト１００を使用する環境や照明の対象等により適宜変更可能である。

以下、本実施形態に係る灯具１に設けられた空隙１８による放熱性能を検証するため、空隙１８の大きさを種々変更した灯具１を設計し、コンピュータを用いてそれぞれの放熱性能をシミュレーションした。空隙１８の大きさは、図３に示す放熱フィン５０ａから放熱フィン５０ｂまでの空隙寸法Ｌを変化させることにより調節した。

［シミュレーション条件］
・ＬＥＤ光源のサイズ：直径１２ｍｍ
・明るさ：１０００ｌｍ
・灯具の直径：５２ｍｍ
・放熱フィンの高さ：３１ｍｍ
・放熱フィン間の距離：４ｍｍ
・灯具の向き：下向き
・空隙寸法：０ｍｍ〜１８ｍｍ
・室内温度：３５℃
［放熱効果の評価方法］
ＬＥＤ光源４０に近い基板４２に設けられた測定点Ｔの温度を空隙１８の大きさを変えてシミュレーションした。

評価方法は、上記条件のスポットライト１００を一定時間点灯した後の測定点Ｔにおける温度（℃）を測定し評価した。また、灯具の向きは、下向きとした。下向きとは、図１に示すように、図示下方向に光が放射される方向である。なお、下向きは、本実施形態に係る灯具１の放熱性が最も悪い姿勢である。

［空隙条件］
空隙１８の寸法を変えた８種類の灯具１を作成し、ＬＥＤ光源４０を下向きにして、６０分間点灯した後の測定点Ｔにおける温度（℃）をシミュレーションした。具体的な空隙寸法は、０ｍｍ，６ｍｍ，１２ｍｍ，１３ｍｍ，１４ｍｍ，１５ｍｍ，１６ｍｍ，１７ｍｍ，１８ｍｍの８種類をコンピュータ上に設計した。本シミュ―レーションにおける空隙寸法０ｍｍとは、第３放熱フィン５ｃに一切の空隙１８がないことを意味している。また、空隙寸法１２ｍｍは、図３に示すように、空隙１８の大きさとＬＥＤ光源４０の直径が同じ状態である場合を示している。

［シミュレーション結果］

第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が０ｍｍの場合の測定点Ｔは、８３．６４℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が６ｍｍの場合の測定点Ｔは、８３．３４℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が１２ｍｍの場合の測定点Ｔは、８３．０９℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が１３ｍｍの場合の測定点Ｔは、８３．０８℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が１４ｍｍの場合の測定点Ｔは、８３．０１℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が１５ｍｍの場合の測定点Ｔは、８３．０１℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が１６ｍｍの場合の測定点Ｔは、８２．９７℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が１７ｍｍの場合の測定点Ｔは、８２．９６℃であった。第３放熱フィン５ｃの空隙寸法が１８ｍｍの場合の測定点Ｔは、８２．９５℃であった。

上記シミュレーション結果を基に図６に示すグラフを作成した。図６のグラフは、横軸にＬＥＤ光源４０の直上に位置する空隙１８の空隙寸法（ｍｍ）をプロットし、縦軸に測定点Ｔの温度（℃）をプロットしたものである。

図６に示すように、第３放熱フィン５ｃに空隙１８が設けられていない場合（空隙寸法が０ｍｍ）には、８３．６４℃を記録していた測定点Ｔの温度が、空隙１８を大きくするにつれて低下し、空隙１８の大きさが１２ｍｍのときには、８３．０９℃まで低下した。つまり、空隙寸法を０ｍｍから１２ｍｍにすることで、測定点Ｔの温度は、０．５５℃低下した。更に、空隙１８を拡大すると、徐々に測定点Ｔの温度は低下し、空隙１８の空隙寸法が１８ｍｍの場合には、８２．９５℃まで低下した。

したがって、第３放熱フィン５ｃの一部に図３及び図４に示すような空隙１８を設けることにより、測定点Ｔにおける温度を低下させることができる。

以上のように、本実施形態に示すＬＥＤ光源４０と対向する領域に空隙１８を備えた放熱フィン５は、全く空隙１８を備えていない場合の放熱フィン５と比較して、温度上昇を抑えることができる。言い換えれば、放熱フィン５のＬＥＤ光源４０と対向する領域に空隙１８を設けることにより、放熱性能を上昇させることができる。

また、空隙１８の大きさにより放熱性能は変化する。図６に示すように、空隙寸法を０ｍｍから１２ｍｍまで大きくすると、０．５５℃の低下が見られた。一方、空隙寸法が１２ｍｍから１８ｍｍの間では、０．１４℃の低下が見られた。すなわち、図６に示すように、空隙寸法を０ｍｍから１２ｍｍまで拡大する場合の方が、空隙寸法を１２ｍｍ以上に拡大する場合に比して、測定点Ｔの温度変化が大きい。よって、本実施形態では、空隙の寸法を１２ｍｍとした。つまり、図３に示すように、本実施形態では、空隙寸法ＬをＬＥＤ光源４０の直径と同じ１２ｍｍとした。

ここで、本実施形態におけるＬＥＤ光源４０からの熱の放熱メカニズムについて説明する。

ＬＥＤ光源４０から発生した熱は、取付面１１を介して受熱壁１４へ伝わる。受熱壁１４へ伝わった熱は、受熱壁１４の第１面１４ａ側へ伝わりながら、受熱壁１４の全体へ伝導する。受熱壁１４へ伝わった熱の一部は、放熱フィン５に伝わる。また、熱の一部は、受熱壁１４と接触している空気に伝わり、受熱壁１４の周囲の空気を温める。温められた空気は、放熱フィン５に沿って上昇し、灯具１の外側へ排出される。

これに対して、本実施形態の灯具１は、ＬＥＤ光源４０と対向する第２面１４ａ側の領域に空隙１８を設けている。これにより、灯具１は、ＬＥＤ光源４０から発生した熱を受熱壁１４から直接、空隙１８と接触する外気に伝えることができる。また、空隙１８は、温められた空気が灯具１の外側へ排出される煙突として機能する。すなわち、空隙１８において温められた空気は上昇するとともに、放熱フィン５の間から外気を引き込む。すなわち、ＬＥＤ光源４０から発生した熱は、受熱壁１４を伝わり、空隙１８に流入する空気と熱交換をして灯具１の外部へ放出される。

なお、図６に示すように、空隙寸法を１２ｍｍ以上に拡大しても顕著な温度低下が見られない。これは、１つの理由として、空隙寸法を１２ｍｍ以上に拡大することは、同時に放熱フィンの質量を減少させることになる。このため、測定点Ｔにおける温度の変化が緩やかになったと考えられる。また、別の理由として、ＬＥＤ光源４０の直径以上の空隙を設けても、空隙１８を電源ケース２へ向かって流れる空気の量が大きく変化することがなく、測定点Ｔにおける温度の変化を緩やかにしているものと考えられる。

このように、本シミュレーション結果によれば、灯具１に取り付けられるＬＥＤ光源４０の直径と同じ長さの空隙１８を放熱フィン５のＬＥＤ光源４０と対向する領域に設ける簡単な構成により、放熱性能を上昇させることができることが示された。

また、放熱フィン５に空隙１８を設けることは、放熱フィン５の一部を切り欠くことであるため、灯具１の軽量化に寄与することができる。
このような、空隙１８を設けた放熱フィン５は、筐体の小型化による放熱面積または体積の減少による放熱性能の低下に対抗する手段として有効である。例えば、スポットライトにおいては、照明対象の展示物に対してなるべく目立たないように設置されていることが求められる。このため、スポットライトは、小型のものが好んで採用される。

このような状況において、本実施形態の灯具１は、空隙１８を設けることにより、放熱性能を向上させることができる。このため、本実施形態に係る灯具１によれば、灯具１の外観を大きく変更することなく、放熱性能を向上させるとともに、スポットライト１００の小型化及び軽量化を達成することができる。

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。例えば、本実施形態の放熱フィンは、互いに平行である形状で説明をしたが、
他の形状として、放射状などの形状とすることもできる。また、本実施形態の発光部は、ＬＥＤ光源を用いて説明したが、有機ＥＬ等を用いることもできる。上述した実施形態は、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。上述した実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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…灯具、２…電源ケース、３…アーム、５…放熱フィン、５ａ…第１放熱フィン、５ｂ…第２放熱フィン、５ｃ…第３放熱フィン、５０ａ…放熱フィン、５０ｂ…放熱フィン、５ｄ…第４放熱フィン、５ｅ…第５放熱フィン、１０…筐体、１１…取付面、１２…開口部、１３…取付台、１４…受熱壁、１４ａ…第１面、１４ｂ…第２面、１６…凹部、１８…空隙、２０…筐体、２２…接続部材、２２ａ…電気プラグ、２４…点灯回路、３０…連結面、４０…ＬＥＤ光源、４２…基板、４４…レンズ、４６…配光部材、１００…スポットライト。

Claims (4)

1. 前面側の中心よりに発光部を有し、背面側に放熱フィンを有する筐体を備え、
   前記放熱フィンは、前記発光部が配設された前記背面側の領域を避けて設けられていることを特徴とする灯具。
2. 受熱壁を有する筐体と；
   前記受熱壁の第１面側から延設される放熱フィンと；
   前記受熱壁の第２面側と熱的に接続される発光部と；
   を備え、
   前記放熱フィンは、前記発光部と対向する前記第１面側の領域の外側に設けられていることを特徴とする灯具。
3. 前面側の中心よりに発光部を有し、背面側に放熱フィンを有する筐体を備え、前記放熱フィンは、前記発光部が配設された前記背面側の領域を避けて設けられている灯具と；
   前記灯具の前記放熱フィン側に配設され、前記灯具と電気的に接続される点灯回路を含む電源ケースと；
   を備えることを特徴とするスポットライト。
4. 前記電源ケースは、ライティングダクトに着脱自在に取り付けられる電源プラグを備えていることを特徴とする請求項３に記載のスポットライト。