JP2020135927A

JP2020135927A - 照明器具

Info

Publication number: JP2020135927A
Application number: JP2019023249A
Authority: JP
Inventors: 健治濱▲崎▼; Kenji Hamazaki; 慎治岩沢; Shinji Iwasawa; 工飯島; Takumi Iijima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2020-08-31

Abstract

【課題】本発明は照明器具に関し、部品数を抑制しつつ消灯制御時の発光素子の微発光を抑制できる照明器具を得ることを目的とする。【解決手段】本発明に係る照明器具は、金属から形成された器具本体と、該器具本体の主面に設けられ、誘電体から形成された基板と、該基板のうち該主面と反対側の面に設けられた導体パターンと、該導体パターンに搭載された発光素子と、を備え、該器具本体の該主面には、該基板を挟んで該導体パターンと対向する位置に凹部が形成される。【選択図】図５

Description

本発明は、照明器具に関する。

接地された筐体とＬＥＤユニットの間に生じる浮遊容量を介して、漏れ電流が流れることがある。この漏れ電流がＬＥＤに流れることで、消灯スイッチでＬＥＤを消灯制御してもＬＥＤが消灯しきれずに微発光してしまうという問題があった。

特許文献１には、点灯回路が商用電源から電力の供給を受けて、直列接続された複数のＬＥＤを点灯させる照明装置が開示されている。この照明装置では、商用電源と点灯回路との間に設けられたスイッチ素子をオフして複数のＬＥＤを消灯させる。このとき、複数のＬＥＤに対して両端に低インピーダンス素子を並列接続したので、点灯回路の高圧側から接地された筐体を介してＬＥＤに漏れ電流が流れるのを防止できる。

特開２０１２−２４３４７９号公報

特許文献１では、ＬＥＤモジュール基板上に低インピーダンス素子を実装する。このため、ＬＥＤモジュール基板の構成部品が多くなるおそれがある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、部品数を抑制しつつ消灯制御時の発光素子の微発光を抑制できる照明器具を得ることを目的とする。

本発明に係る照明器具は、金属から形成された器具本体と、該器具本体の主面に設けられ、誘電体から形成された基板と、該基板のうち該主面と反対側の面に設けられた導体パターンと、該導体パターンに搭載された発光素子と、を備え、該器具本体の該主面には、該基板を挟んで該導体パターンと対向する位置に凹部が形成される。

本発明に係る照明器具では、凹部により浮遊容量を低減できる。従って、部品数を抑制しつつ消灯制御時の発光素子の微発光を抑制できる。

実施の形態１に係るＬＥＤモジュールを器具本体に搭載した状態を示す斜視図である。実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの平面図である。実施の形態１に係るＬＥＤモジュールの斜視図である。実施の形態１に係る器具本体の斜視図である。図１を破線Ａで切断して得られる断面図である。凹部の位置を説明する図である。実施の形態１に係る照明器具の斜視図である。実施の形態１に係る照明器具の回路ブロック図である。実施の形態１の変形例に係る照明器具の回路ブロック図である。比較例に係る器具本体の斜視図である。比較例に係る器具本体にＬＥＤモジュールを搭載した状態を示す断面図である。実施の形態１の変形例に係る器具本体の斜視図である。実施の形態２に係る器具本体の斜視図である。図１３を破線Ｂで切断して得られる断面図である。実施の形態２に係る器具本体にＬＥＤモジュールを搭載した状態を示す断面図である。実施の形態２の変形例を説明する図である。

本発明の実施の形態に係る照明器具について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１００を器具本体５に搭載した状態を示す斜視図である。器具本体５は金属から形成される。図１では、器具本体５のうち、ＬＥＤモジュール１００が取り付けられる部分のみが示されている。ＬＥＤモジュール１００は器具本体５の主面５ａに設けられる。器具本体５とＬＥＤモジュール１００は、例えば図示しないねじ等で締結される。ＬＥＤモジュール１００を器具本体５に取り付ける方法は、これに限るものではない。

図２は、実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１００の平面図である。図３は、実施の形態１に係るＬＥＤモジュール１００の斜視図である。ＬＥＤモジュール１００は、基板１、導体パターン２、複数の発光素子３および一対のコネクタ４から構成される。

基板１は、器具本体５の主面５ａに設けられる。導体パターン２は、基板１のうち主面５ａと反対側の面である実装面１ａに設けられる。複数の発光素子３は導体パターン２に搭載される。複数の発光素子３は、基板１の実装面１ａ側に設けられる。複数の発光素子３と一対のコネクタ４は、図示しないはんだ等で、導体パターン２と接合される。

一対のコネクタ４の一方は正極であり、他方は負極である。一対のコネクタ４の間には、５個の発光素子３が導体パターン２により直列接続されている。一対のコネクタ４には、外部から電線などを介して直流電力が供給される。複数の発光素子３は、コネクタ４に直流電力が供給されることで点灯する。

発光素子３の数は図２、図３に示されるものに限らず、１つ以上であれば良い。また、複数の発光素子３は並列または直並列に接続されても良い。本実施の形態では、複数の発光素子３は基板１の長手方向に沿って１列に並ぶ。これに限らず、発光素子３の数量、配置などは、ＬＥＤモジュール１００の要求仕様に応じて、自由に設計することができる。

基板１は誘電体から形成される。基板１は例えば、紙フェノール基板、ガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板等である。基板１は基材が導電性でなければ良い。本実施の形態の基板１は、平面視で長方形である。これに限らず、基板１の形状はＬＥＤモジュール１００の要求仕様に応じて、自由に設計することができる。

導体パターン２は、例えば銅などの金属から形成される。導体パターン２は、基板１の実装面１ａに接着されている。導体パターン２のレイアウトは自由に設計できる。一般に、導体パターン２の面積が大きいほど、発光素子３の熱を導体パターン２から放熱し易い。導体パターン２は絶縁距離などを考慮した上で、できるだけ面積が大きくなるように設計しても良い。

各々の発光素子３は、例えばＬＥＤパッケージ等の光源である。ＬＥＤパッケージは、一般にＬＥＤとも呼ばれる。発光素子３は直流電力が供給されることで点灯する。光源はＬＥＤパッケージに限らず、ＬＥＤ以外の半導体発光素子でもよい。

図４は、実施の形態１に係る器具本体５の斜視図である。図４では、器具本体５のうち、ＬＥＤモジュール１００が取り付けられる部分のみが示されている。図４には、便宜上、ＬＥＤモジュール１００が配置される位置が破線６で示されている。実際には器具本体５に破線６は設けられない。これに限らず、破線などで器具本体５にＬＥＤモジュール１００の位置を表示しても構わない。これにより、ＬＥＤモジュール１００が搭載される位置を明確にできる。

器具本体５の主面５ａには凹部７が形成される。凹部７は開口であり、器具本体５を貫通する。凹部７は、破線６で示される基板１が配置される位置の内側に設けられる。凹部７は、基板１の長手方向に沿って縦長の長方形である。

図５は、図１を破線Ａで切断して得られる断面図である。凹部７は、基板１を挟んで導体パターン２と対向する位置に設けられる。図６は、凹部７の位置を説明する図である。図６では、便宜上、凹部７の位置がＬＥＤモジュール１００上に破線で示されている。導体パターン２の全体は、平面視で凹部７よりも内側に設けられる。

図７は、実施の形態１に係る照明器具２００の斜視図である。照明器具２００は、例えばオフィスまたは商業施設等で使用される。照明器具２００は、器具本体５と器具本体５に取り付けられたカバー３０を備える。器具本体５は、ＬＥＤモジュール１００と後述する電源回路１１を収納する。カバー３０は、ＬＥＤモジュール１００を覆っている。

図８は、実施の形態１に係る照明器具２００の回路ブロック図である。照明器具２００は、電源回路１１、ＬＥＤモジュール１００および器具本体５を備える。電源回路１１は、例えば非絶縁型のＡＣ／ＤＣコンバータから形成される。電源回路１１は、商用電源５０から入力される交流電圧を整流し、整流電圧を昇圧して直流電力を出力する。ここで、整流には、全波整流または半波整流が含まれる。基板１に実装された複数の発光素子３は、電源回路１１から供給される直流電力によって点灯する。

商用電源５０から電源回路１１への一対の給電路の一方には、スイッチＳＷ１が設けられる。スイッチＳＷ１は、例えば家庭またはオフィス用の壁スイッチである。スイッチＳＷ１は、交流電源の片切スイッチである。スイッチＳＷ１をオン、オフすることによって、商用電源５０から電源回路１１への電源供給が導通または遮断される。これにより、発光素子３の点灯、消灯を切り替えることができる。

器具本体５には、電源回路１１およびＬＥＤモジュール１００が取り付けられている。

商用電源５０はアースを有している。アースは接地相とも呼ばれる。商用電源５０には、一般に１００Ｖ系と２００Ｖ系がある。１００Ｖ系では、単相３線式において１線とアース間で商用電源５０が使用される。このため、一対の給電路の片側がアースに接地される。さらに、器具本体５は接地用端子に接続される。すなわち、器具本体５は、商用電源５０のアースと同電位になる。図８では、１００Ｖ系の商用電源５０に照明器具２００が接続されている。

図９は、実施の形態１の変形例に係る照明器具３００の回路ブロック図である。照明器具３００は、２００Ｖ系の商用電源５０に接続される点が照明器具２００と異なる。２００Ｖ系では単相３線式において非接地相の２線が使用され、中点接地される。一対の給電路は、何れもアースからの電位が１００Ｖとなる。一対の給電路の間の電圧は２００Ｖとなる。器具本体５は、接地用端子に接続され、商用電源５０のアースと同電位になる。

図１０は、比較例に係る器具本体８０５の斜視図である。比較例に係る器具本体８０５のうち、ＬＥＤモジュール１００が配置される部分は、平らな金属板である。図１１は、比較例に係る器具本体８０５にＬＥＤモジュール１００を搭載した状態を示す断面図である。比較例では、導体パターン２と器具本体５が、基板１を介して略平行に対向する。このとき、導体パターン２と器具本体５との間に浮遊容量Ｃ_ａが発生する。

この浮遊容量Ｃ_ａによって、スイッチＳＷ１をオフした状態でも、発光素子３が微発光する場合がある。これについて説明する。一般に、１００Ｖ系の電源系統ではスイッチＳＷ１は商用電源５０の高電位側に挿入される。しかし、特に一般家庭では、この極性を固定することが困難であることが多い。また、２００Ｖ系の電源系統では、一般に両切りのスイッチを使用することになっている。しかし、片切りのスイッチが使用されていることが多々ある。

図８では、商用電源５０の低電位側にスイッチＳＷ１が挿入されている。図９では、商用電源５０の給電路に極性がないため、給電路のどちらか一方にスイッチＳＷ１が挿入されている。このとき、スイッチＳＷ１をオフした状態でも、商用電源５０、一対の給電路のうちスイッチＳＷ１の介挿していない方、電源回路１１、発光素子３、浮遊容量Ｃ_ａ、器具本体５、商用電源５０のアース側の経路の電流ループが存在する。この電流ループには、商用電源５０から電流が流れ込み、発光素子３はスイッチＳＷ１をオフした状態でも微発光することとなる。このとき、スイッチＳＷ１をオフした状態でも、発光素子３が点灯しているように見える。

以上から、浮遊容量Ｃ_ａの発生を防止、または、浮遊容量Ｃ_ａを小さくすることで、発光素子３の微発光を防止または抑制できる。次に、浮遊容量の原理について説明をする。浮遊容量Ｃ_ａは、金属の板が平行に配置されることで発生する。浮遊容量Ｃ_ａは式１によって、算出することができる。

ここで、ε_ｒは物質により異なる比誘電率である。ε_ｏは真空中の誘電率であり、８．８５４１８７８１７６２×１０^−１２である。Ｓ［ｍｍ^２］は、平行する金属板の面積である。ｄ［ｍｍ］は、平行する金属板の距離である。

一般に使用される基板の比誘電率は、基材により異なるがおおよそ４．７となる。基板の比誘電率は、基材が紙フェノールの場合４．６４、基材がガラスコンポジットの場合４．７、基材がガラスエポキシの場合４．７３である。式１から分かるように、比誘電率が小さいほど、浮遊容量Ｃ_ａは小さくなる。しかし、比誘電率は、基材で決まるため、大きく変えることは難しい。

式１から分かるように、浮遊容量Ｃ_ａは平行する金属板の面積と距離に関係する。また、照明器具２００において、浮遊容量Ｃ_ａの多くは一般に導体パターン２と器具本体５との間に形成される。図１１に示される比較例では、導体パターン２と器具本体８０５とが近接している。また、導体パターン２と器具本体８０５は、基板１を介して略平行に対向する。このため、浮遊容量Ｃ_ａが大きくなり易い。

これに対し、本実施の形態では、器具本体５に凹部７が設けられるため、導体パターン２と器具本体５とは対向していない。本実施の形態では、導体パターン２と器具本体５とが基板１を挟んで平行しない。このため、図１１に示される比較例に比べて浮遊容量Ｃ_ａを低減できる。従って、スイッチＳＷ１による消灯制御時の発光素子３の微発光を抑制できる。

また、本実施の形態では、浮遊容量Ｃ_ａを介した電流ループによる発光素子３の発光を抑制するために、新たに部品を追加する必要がない。従って、部品数を抑制しつつ消灯制御時の発光素子３の微発光を抑制できる。このため、照明器具２００を小型化できる。また、追加部品のための材料費および加工費が必要なく、照明器具２００を低コストで製造できる。また、追加部品の配置を考慮する必要が無く、基板設計を簡易化できる。

本実施の形態では、図６に示されるように、導体パターン２の全体が、平面視で凹部７と重なる。これにより、導体パターン２と器具本体５とが平行せず、浮遊容量Ｃ_ａを大きく低減できる。

これに限らず、導体パターン２の一部のみが、平面視で凹部７と重なっても良い。この場合も、導体パターン２と器具本体５とが平行する面積を小さくすることで、浮遊容量Ｃ_ａを低減できる。導体パターン２のうち平面視で凹部７と重なる部分は、導体パターン２全体の面積の５０％以上であると良い。これにより、微発光の抑制の効果を十分に得ることができることが確認されている。

また、凹部７は、基板１の短手方向で、導体パターン２よりも幅が広くても良い。また、凹部７は、基板１の長手方向で、導体パターン２よりも幅が広くても良い。これにより、凹部７の面積を大きく確保でき、浮遊容量Ｃ_ａ低減の効果を得ることができる。また、凹部７の形状は長方形に限らず、楕円形、多角形等でも良い。凹部７の形状、大きさ、配置等は、浮遊容量Ｃ_ａを介した電流ループによる発光素子３の発光が、人の目に認識できない明るさとなるように調整されても良い。

また、実施の形態１では器具本体５に凹部７が１つ形成される。これに限らず、凹部７は、器具本体５に複数形成されても良い。図１２は、実施の形態１の変形例に係る器具本体４０５の斜視図である。器具本体４０５には、基板１の長手方向に並んだ第１凹部４０７ａと第２凹部４０７ｂとが形成される。

つまり、器具本体４０５に形成された凹部４０７は、２つに分割されている。器具本体４０５は、凹部４０７を分断する補強部４０５ｂを有する。補強部４０５ｂは、器具本体４０５のうち凹部４０７を形成する一対の側面を繋ぐ。

器具本体に大きな開口部を形成し、開口部の上にＬＥＤモジュールを配置する場合を考える。この場合、ＬＥＤモジュールの中央部に力が加わったときなどに、ＬＥＤモジュールの中央部に歪みまたは沈みこみが発生することがある。

これに対し器具本体４０５では、凹部４０７が長手方向の中央部で２つに分割される。このとき、補強部４０５ｂによって、ＬＥＤモジュール１００の中央部が保持される。従って、ＬＥＤモジュールの歪みまたは沈みこみを防止できる。

補強部４０５ｂは、平面視で導体パターン２と重ならない位置に設けられても良い。これにより、浮遊容量Ｃ_ａの発生を抑制できる。また、凹部４０７は基板１の長手方向に分割された。これに限らず、凹部４０７は別の方向に分割されても良い。また、補強部４０５ｂは、凹部４０７の一方から他方に橋を渡すように設けられる。これに限らず、補強部４０５ｂは例えば格子状または網目状に設けられても良い。

これらの変形は以下の実施の形態に係る照明器具について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る照明器具については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２に係る器具本体５０５の斜視図である。図１４は、図１３を破線Ｂで切断して得られる断面図である。図１５は、実施の形態２に係る器具本体５０５にＬＥＤモジュール１００を搭載した状態を示す断面図である。実施の形態２では、器具本体５０５の構造が実施の形態１と異なる。

器具本体５０５の主面５０５ａには、基板１を挟んで導体パターン２と対向する位置に凹部５０７が形成される。凹部５０７は溝である。凹部５０７のバスタブ状の断面形状を有する。凹部５０７は、例えば器具本体５０５を押出し加工することで形成される。

図１１に示される比較例では、導体パターン２と器具本体５とが、基板１を介して略平行に対向して配置される。比較例における導体パターン２と器具本体５との距離Ｌ_ａは、基板１の板厚となる。これに対し、本実施の形態では、導体パターン２と器具本体５０５との距離Ｌ_ｂは、基板１の板厚と凹部５０７の深さの合計となる。従って、導体パターン２と器具本体５０５との距離Ｌ_ｂを比較例よりも離すことが出来る。

式１から分かるように、導体パターン２と器具本体５０５との距離を離すことで、浮遊容量Ｃ_ａを抑制できる。従って、スイッチＳＷ１による消灯制御時の発光素子３の微発光を抑制できる。

ここで、ＬＥＤモジュールに使用される基板の板厚は、一般に１ｍｍもしくは１．６ｍｍのものが多い。また、上述したように、基板の比誘電率はおおよそ４．７である。また、空気の比誘電率はおおよそ１である。平行する金属板の面積と距離が同じであれば、金属板間に空気が挟まれる場合の浮遊容量Ｃ_ａは、基板が挟まれる場合に比べて１／４．７＝約２１％となる。

このため、導体パターン２と器具本体５０５の距離が同じであっても、両者の間に基板１のみが配置されるよりも空気層が設けられた方が、浮遊容量Ｃ_ａを小さくできる。本実施の形態では、器具本体５０５に溝が形成されることで、導体パターン２と器具本体５０５との間に空気層が設けられる。従って、基板１を厚くするよりも浮遊容量Ｃ_ａを抑制できる。

また、図１５に示されるように、凹部５０７の底部５０７ａは基板１と平行であり、導体パターン２と対向する。また、凹部５０７の底部５０７ａの幅は、導体パターン２の幅以上である。このように凹部５０７を形成することで、導体パターン２と器具本体５０５との間に一定の距離Ｌ_ｂを確保できる。このため、浮遊容量Ｃ_ａを安定して制御できる。凹部５０７の形状はこれに限らず、導体パターン２と器具本体５０５の距離Ｌ_ｂを離すことができれば良い。

また、凹部５０７の深さは１ｍｍ以上であると良い。つまり、導体パターン２と器具本体５０５との間に１ｍｍ以上の厚さの空気層が設けられると良い。このとき、導体パターン２の形状および基板１の板厚等を変化させたほとんどのＬＥＤモジュール１００の構造において、浮遊容量Ｃ_ａによる発光素子３の微発光を抑制できることが確認されている。

図１６は、実施の形態２の変形例を説明する図である。図１６に示されるように、凹部５０７に放熱パッド５１０が設けられても良い。放熱パッド５１０の上面と裏面は、器具本体５０５と基板１にそれぞれ接する。これにより、ＬＥＤモジュール１００の熱を器具本体５０５に効率よく伝導し、照明器具２００を放熱し易くできる。

放熱パッド５１０は基板１よりも比誘電率が低いものの方が良い。これにより、浮遊容量Ｃ_ａを抑制できる。

また、本実施の形態の別の変形例として、凹部５０７を２つ以上に分割してもよい。なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。

１基板、１ａ実装面、２導体パターン、３発光素子、４コネクタ、５、４０５、５０５器具本体、５ａ、５０５ａ主面、７、４０７、５０７凹部、１１電源回路、３０カバー、５０商用電源、１００ＬＥＤモジュール、２００、３００照明器具、４０５ｂ補強部、４０７ａ第１凹部、４０７ｂ第２凹部、５０７ａ底部、５１０放熱パッド、ＳＷ１スイッチ

Claims

金属から形成された器具本体と、
前記器具本体の主面に設けられ、誘電体から形成された基板と、
前記基板のうち前記主面と反対側の面に設けられた導体パターンと、
前記導体パターンに搭載された発光素子と、
を備え、
前記器具本体の前記主面には、前記基板を挟んで前記導体パターンと対向する位置に凹部が形成されることを特徴とする照明器具。
前記凹部は開口であることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
前記凹部は溝であることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
前記溝の底部は前記基板と平行であることを特徴とする請求項３に記載の照明器具。
前記溝の底部の幅は前記導体パターンの幅以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の照明器具。
前記溝に設けられた放熱パッドを備えることを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載の照明器具。
前記溝の深さは１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載の照明器具。
前記凹部は、前記基板の短手方向で、前記導体パターンよりも幅が広いことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の照明器具。
前記凹部は、前記基板の長手方向で、前記導体パターンよりも幅が広いことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の照明器具。
前記導体パターンのうち平面視で前記凹部と重なる部分は、前記導体パターン全体の面積の５０％以上であることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の照明器具。
前記導体パターンの全体は、平面視で前記凹部よりも内側に設けられることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の照明器具。
前記凹部は複数形成されることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の照明器具。
前記器具本体は、前記凹部を形成する一対の側面を繋ぎ、前記凹部を分断する補強部を有することを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の照明器具。