JP4103437B2

JP4103437B2 - 照明装置

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Publication number: JP4103437B2
Application number: JP2002120461A
Authority: JP
Inventors: 正人小野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003317527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置、特に発光ダイオード等を用いて構成された比較的小型の発光ユニットを備えた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒートシンク等の放熱部を有する照明装置では、発光部で発生した熱を効果的に放熱するために、発光部が放熱部に直接取り付けられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光部が放熱部に直接取り付けられた従来の照明装置では、光の出射方向を変えるためには、放熱部を含む照明装置全体を動かす必要があり、可動機構が大きくなり、複雑になるという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明は簡単でかつ小型の可動機構で光の出射方向を変えることができ、かつ放熱特性に優れた照明装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る第１の照明装置は、発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置において、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に、一端に球面端部を有する熱伝達ユニットが接続され、
上記発光ユニットは、球面を有する球面受部を備え、該球面受部の表面と上記球面端部の表面が面で接するように上記熱伝達ユニットと接続されていることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第１の照明装置では、放熱ユニットとは別に（例えば、放熱ユニットを固定した状態で）発光ユニットのみを一点又は１つの直線を中心として回転させることができるので、簡単でかつ小型の可動機構で光の出射方向を変えることができる。
また、上記発光ユニットと上記放熱ユニットとを面で接するようにしているので、放熱特性に優れた照明装置を構成できる。
【０００６】
また、本発明に係る第２の照明装置は、発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置であって、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に、一端に球面端部を有する熱伝達ユニットが接続され、
上記放熱ユニットは、球面を有する球面受部を備え、該球面受部の表面と上記球面端部の表面が面で接するように上記熱伝達ユニットと接続されていることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る第２の照明装置は、上記第１の照明装置と同様、放熱ユニットとは別に発光ユニットのみを一点又は１つの直線のまわりを回転させることができるので、簡単でかつ小型の可動機構で光の出射方向を変えることができ、かつ放熱特性に優れた照明装置を構成できる。
【０００８】
本発明に係る第３の照明装置は、発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置において、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に熱伝達ユニットが接続され、
上記熱伝達ユニットは、その一部が円柱形状の接続部となっており、
上記発光ユニットは、円周面を有する溝からなる受部を備え、上記接続部の表面と上記受部の円周面とが面で接するように上記熱伝達ユニットと接続されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る第４の照明装置は、発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置において、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に熱伝達ユニットが接続され、
上記熱伝達ユニットは、直交する２つのリングによって構成され、その外周の一部が円弧形状に形成されており、上記放熱ユニットは、上記円弧形状の外周が回転可能に嵌り合う内周受け面を有し、上記円弧形状の外周と上記内周受け面とが嵌り合ってなることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る第１〜４の照明装置では、上記発光ユニットを少なくとも１つの発光ダイオードを含むようにしてもよい。
【００１１】
本発明に係る第１〜４の照明装置では、上記熱伝達ユニットは、ヒートパイプからなることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態の照明装置について説明する。
実施の形態１．
本実施の形態１の照明装置は、図１に示すように、発光ユニット１と放熱ユニット２とが熱伝達ユニット（ヒートパイプ）３により接続されて構成される。
本実施の形態１の照明装置において、熱伝達ユニット３はヒートパイプからなり、その一端には球面端部３ａが形成される。
また、発光ユニット１は、熱伝達ユニット３の球面端部３ａが嵌り合う球面受部１０１ｂが裏面に形成されたベース１０１と、そのベース１０１の表面に取り付けられた発光ダイオード４とから構成される。そして、球面端部３ａが球面受部１０１ｂの表面と接した状態を保ちつつ滑り動くことができるように球面受部１０１ｂに嵌め合わされることにより、熱伝達ユニット３と発光ユニット１とが接続される。
【００１３】
以上のようにして、本実施の形態１の照明装置において、発光ユニット１は球面端部３ａの中心点を中心として回転可能に熱伝達ユニット３に接続される。
また、本実施の形態１の照明装置では、熱伝達ユニット３の球面端部３ａの表面と球面受部１０１ｂの表面とが常に接した状態を保っているので、発光ダイオード４を発光させることにより発生した熱を効率良く熱伝達ユニット３に伝達でき、その伝達された熱を優れた熱伝達特性を有する熱伝達ユニット３によって速やかに放熱ユニット２に伝達できる。
【００１４】
以下、本実施の形態１の照明装置についてより詳細に説明する。
（熱伝達ユニット）
本実施の形態１において、熱伝達ユニット３として用いたヒートパイプは、例えば、銅やアルミニウム等の金属材料からなる金属管の中に、水、フロン、代替フロン、フロリナート等の熱輸送用の作動液を封入したものであって、入熱部（高温部）で作動液が加熱されて蒸気となり、その蒸気が放熱部（低温側）に移動して放熱することによって液化し、その液化した作動液が毛細管現象により入熱部に戻るという動作を繰り返すことにより、極めて高い熱伝導性を実現した熱伝達部材である。
【００１５】
（発光ユニット１と熱伝達ユニット３との可動接続）
本実施の形態１の照明装置において、ベース１０１は、図２に示すように、金属ベース１０２と基板１０３ａと嵌止め１０４ｂからなる。
ここで、金属ベース１０２は、プレート部１０２ａと受部１０２ｂとが一体で構成された金属からなり、基板１０３ａには発光ダイオード４に給電するための配線が形成され、その上面に発光ダイオード４が取り付けられている。発光ダイオード４が設けられた基板１０３ａはプレート部１０２ａの上面に接合される。また、受け部１０２ｂは、図２に示すように、球面端部３ａの径と同一の半球面からなる底面を有しており、その底面に球面端部３ａの表面が接するように受け部１０２ｂに熱伝達ユニット３が挿入される。そして、その熱伝達ユニット３が外れないように嵌止め１０４ｂが受け部１０２ｂに嵌め合わされる。このようにして、球面端部３ａが回転可能な状態で保持される。
ここで、本発明では、受け部１０２ｂ内において、球面端部３ａが滑らかに回転しかつ金属ベース１０２から熱伝達ユニット３に熱が効率良く伝達されるように、熱伝導性に優れたグリスを塗布することが好ましい。
【００１６】
（発光ユニット１の固定部）
発光ユニット１は、固定フランジ１２，１４及び出射孔１６ａを有する可動配光カバー１６により取付面（図示せず）に固定される。
この固定構造では、発光ユニット１は、その発光が出射孔１６ａから効率良く出射されるように可動配光カバー１６に取り付けられ、その位置関係を保った状態で可動配光カバー１６とともに動くようになっている。
尚、本実施の形態１の照明装置では、例えば、可動配光カバー１６は略球形状の樹脂成形体からなり、取付面に固定された固定フランジ１２，１４のガイド面に沿って首振り可能に設けられる。
【００１７】
（熱伝達ユニット３と放熱ユニット２との接続）
熱伝達ユニット３は、図２（ａ）に示すように、その一端部がＬ字型に曲げられ、その部分において放熱ユニット２に形成された溝に固定具１５を用いて固定される。ここで、固定具１５は熱伝導の良い金属で作製することが好ましく、固定にあたっては熱伝達ユニット３と固定具１５及び熱伝達ユニット２の溝との接触面積が可能な限り大きくなるように固定することが好ましい。
【００１８】
以上のように構成された実施の形態１の照明装置は、上述したように発光ユニット１において発生した熱を速やかに放熱ユニットに伝達でき、効率良く放熱できるので、発光ユニット１の温度上昇を抑えることができる。
従って、本実施の形態１に用いた放熱構造は、特に発光ダイオード又はレーザダイオード等の半導体発光素子を用いて構成された発光ユニットを含む照明装置に適している。
すなわち、本放熱構造により発光ユニットの温度上昇を極めて小さくできるので、半導体発光素子の寿命を長くできるとともに、素子の温度上昇に伴う特性変化（色調の変化など）を抑制でき、長期間の安定して発光が可能となる。
また、本実施の形態１における発光ユニット１と熱伝達ユニット３との可動接続構造は、熱伝導を阻害することなく発光ユニット１を動かすことができるので、指向性を有する半導体発光素子の光を効果的に利用することができる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態２の照明装置は、図３に示すように、１列に配列された複数の光源２４（例えば、発光ダイオードからなる）を用いて構成された照明装置の一例を示したものであって、以下のように構成される。
すなわち、実施の形態２の照明装置は、発光ユニット２１とカバーを兼ねる放熱ユニット２２とが熱伝達ユニット（ヒートパイプ）２３により接続されて構成されるものであり、基本構成要素は実施の形態１と同様である。
本実施の形態２の照明装置において、熱伝達ユニット２３は円形の断面を有するヒートパイプがリング状に加工されてなり、その一部の直線上に伸びた部分が発光ユニット２１及び放熱ユニット２２との接続に用いられる。
ここで、本実施の形態２では、熱伝達ユニット２３における発光ユニット２０１との第１接続部と放熱ユニット２２との第２接続部は、図３（ａ）に示すように、互いに平行でかつ対向するように設けられる。
【００２０】
また、発光ユニット２１は、熱伝達ユニット２３の第１接続部が嵌り合う受部２０１ｂが裏面に形成されたベース２０２（熱伝導の良い金属により作製することが好ましい）と、そのベース２０２の表面に接合された基板２０３ａと基板２０３ａの上面に配列された複数の発光ダイオード４によって構成される。
受部２０１ｂは、図３（ｂ）に示すように、金属ベース２０２の背面に設けられたリッジ部分に形成された溝からなり、その溝は第１接続部の径と同一の径の円周面からなる底面を有している。そして、第１接続部が受部２０１ｂの底面に接するように受部２０１ｂに嵌め合わされる。この際、第１接続部は、受部２０１ｂから容易に外れることなくかつ回転可能状態を保持できる程度の強さで受部２０１ｂに嵌め合わされる。このようにして、発光ユニット２１は第１接続部の軸（１つの直線）を中心として回転可能に熱伝達ユニット２３と接続される。ここで、本発明では、受部２０１ｂ内において、第１接続部が滑らかに回転しかつ金属ベース１０２から熱伝達ユニット３に熱が効率良く伝達されるように、熱伝導性に優れたグリスを塗布することが好ましい。
【００２１】
また、熱伝達ユニット２３の第２接続部は、図３（ｂ）に示すように、カバーを兼ねる放熱ユニット２２に固定具２５を用いて固定される。ここで、固定具２５は熱伝導の良い金属で作製することが好ましく、固定にあたっては固定具２５と熱伝達ユニット２３の第２接続部との接触面積が可能な限り大きくなるように固定することが好ましい。
【００２２】
以上のように、本実施の形態２の照明装置において、発光ユニット２１は円柱形状の第１接続部の軸を中心として発光ユニット２１が回転可能となるように、熱伝達ユニット２３に接続され、熱伝達ユニット２３の第１接続部の表面と受部２０１ｂの内表面とが常に接した状態を保っているので、光源２４を発光させることにより発生した熱を効率良く熱伝達ユニット２３に伝達でき、その伝達された熱を優れた熱伝達特性を有する熱伝達ユニット２３によって速やかに放熱ユニット２２に伝達できる。
【００２３】
従って、実施の形態２の照明装置は、実施の形態１と同様、発光ユニット２１において発生した熱を速やかに放熱ユニット２２に伝達でき、効率良く放熱できるので、発光ユニット２１の温度上昇を抑えることができる。
従って、本実施の形態２に用いた放熱構造も、半導体発光素子を用いた場合に、寿命を長くできるとともに、素子の温度上昇に伴う特性変化を抑制でき、長期間の安定して発光が可能となる。
また、本実施の形態２の照明装置では、バー状の発光ユニット２１の傾きを自由に変更できる。
【００２４】
変形例．
図４（ａ）は、実施の形態１の照明装置と同様の構成を有する自在配光機構を示す斜視図（図１と同様のものには同様の符号を付して示す）であり、（ｂ）は熱伝達ユニット３の斜視図である。図４において、３０１は実施形態１の照明装置の発光ユニット１に代えて取り付けた光源取付部であって、その光源取り付け部３０１は実施の形態１で説明したように球面端部３ａの中心を中心とする３次元的な回転揺動が可能である。
従って、自在配光機構を用いて照明装置を構成することによって、光源の温度上昇を抑えつつ３次元的に配光調整が可能に照明装置を提供できる。
【００２５】
図５（ａ）は、実施の形態２の照明装置と同様の構成を有する自在配光機構を示す斜視図（図１と同様のものには同様の符号を付して示す）であり、（ｂ）は熱伝達ユニット２３ａの斜視図である。
すなわち、図５の自在配光機構は、光源取付部３０１ａが熱伝達ユニット２３ａによって放熱ユニット２ａに接続されている。
図５の自在配光機構では、熱伝達ユニット２３ａは、実施の形態２の熱伝達ユニット２３と同様、円形の断面を有するヒートパイプがリング状に加工されてなり、その一部（第１接続部）が光源取付部３０１ａとの接続に用いられ、他の一部（第２接続部）が放熱ユニット２ａとの接続に用いられる。
また、光源取付部３０１ａの背面には、熱伝達ユニット２３ａの第１接続部が嵌り合う受溝３０１ｂが形成されている。この受溝３０１ｂは、第１接続部の径と同一の円周面からなる底面を有し、その底面に第１接続部の表面が接するように第１接続部が嵌め合わされる。この第１接続部は、受溝３０１ｂから容易に外れることなくかつ回転可能状態を保持できる程度の強さで嵌め合わされる。これにより、光源取付部３０１ａは第１接続部の軸を中心として２次元的な回転揺動が可能となる。尚、熱伝達ユニット２３ａの第２接続部は、放熱ユニット２ａに固定具３２５を用いて固定される。
【００２６】
以上のように構成された図５の自在配光機構を用いて照明装置を構成すると、光源の温度上昇を抑えつつ２次元的に配光調整が可能な照明装置を提供できる。
【００２７】
図６は、３次元的に揺動可能な自在配光機構を図４とは異なる構成で実現したものである。図６の自在配光機構において、熱伝達ユニットは、直交するように配置された熱伝達リング４０３と熱伝達リング４０４の２つのリングによって構成される。
熱伝達リング４０３，４０４はそれぞれ、光源取り付け部４０１と接続するための直線部分である第１接続部４０３ｂ，４０４ｂと、放熱ユニット４０２の内周面に接して保持される第２接続部４０３ａ，４０４ａからなる。
ここで、放熱ユニット４０２の内周面は１つの球面の一部（最大円周を少なくとも含む球面の一部）を構成するように作製され、熱伝達リング４０３，４０４の第２接続部４０３ａ，４０４ａは、球面の一部からなる内周面に外周が接触するように円弧形状に作製されている。
【００２８】
また、図６の自在配光機構において、光源取り付け部４０１は背面に形成された直交する溝が、互いに直交するように配置された第１接続部４０３ｂ，４０４ｂに嵌め合わされて保持される。
以上のようにして、光源取り付け部４０１は熱伝達ユニットを介して放熱ユニット４０２に対して揺動可能にかつ良好な熱伝達特性を維持したまま保持される。
従って、図６の自在配光機構において、光源取り付け部４０１に種々の発光素子を取り付けることにより、照明装置を構成すると、光源の温度上昇を抑えつつ３次元的に配光調整が可能な照明装置を提供できる。
【００２９】
以上の実施の形態の照明装置では、熱伝達ユニットとしてヒートパイプを用いた例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の熱伝導性の良好な金属その他の材料を用いて構成してもよい。
また、以上の実施の形態１の照明装置では、１つの発光ダイオードを用いた例、実施の形態２の照明装置では、複数の発光ダイオードを１列に配列した例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、複数の発光ダイオードを２次元配列したもの、また特定の配光特性を得るためにその配光特性に対応する所定のパターンに配列されたもの等、種々の構成を適用できる。
さらに、本発明において光源は発光ダイオードに限られるものではないことは上述した通りである。
【００３０】
さらに、実施の形態１，２及び変形例では、発光ユニットと熱伝達ユニットとを回転可能に接続するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、放熱ユニットと熱伝達ユニットとの間を回転可能に接続するようにしてもよいし、発光ユニットと熱伝達ユニットとの間及び放熱ユニットと熱伝達ユニットの間の両方を回転可能に接続するようにしてもよい。
以上のようにしても、実施の形態１及び２と同様の作用効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る照明装置は、発光ユニットにおいて発生した熱を速やかに放熱ユニットに伝達でき、効率良く放熱できるので、発光ユニット１の温度上昇を抑えることができ、かつ簡単でかつ小型の可動機構で光の出射方向を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の照明装置の斜視図であり、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は発光ユニットの構造を示すために一部を断面として部分斜視図である。
【図２】実施の形態１の照明装置における、発光ユニットの断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態２の照明装置の斜視図であり、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）はカバーの一部を取り除いて内部構造が見えるようにした斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明に実施の形態１の自在配光機構を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はその熱伝達ユニットを模式的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）は本発明に実施の形態２に類似した自在配光機構を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はその熱伝達ユニットを模式的に示す斜視図である。
【図６】（ａ）は本発明の変形例の自在配光機構を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はその熱伝達ユニットを模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２１…発光ユニット、
２，２ａ，２２，４０２…放熱ユニット、
３，２３，２３ａ…熱伝達ユニット、
３ａ…球面端部、
４…発光ダイオード、
２４…光源、
１０１ｂ…球面受部、
２０１ｂ…受部、
３０１，３０１ａ，４０１…光源取付部、
３０１ｂ…受溝、
４０３，４０４…熱伝達リング、
４０３ｂ，４０４ｂ…第１接続部、
４０３ａ，４０４ａ…第２接続部。

Claims

発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置において、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に、一端に球面端部を有する熱伝達ユニットが接続され、
上記発光ユニットは、球面を有する球面受部を備え、該球面受部の表面と上記球面端部の表面が面で接するように上記熱伝達ユニットと接続されていることを特徴とする照明装置。
発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置であって、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に、一端に球面端部を有する熱伝達ユニットが接続され、
上記放熱ユニットは、球面を有する球面受部を備え、該球面受部の表面と上記球面端部の表面が面で接するように上記熱伝達ユニットと接続されていることを特徴とする照明装置。
発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置において、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に熱伝達ユニットが接続され、
上記熱伝達ユニットは、その一部が円柱形状の接続部となっており、
上記発光ユニットは、円周面を有する溝からなる受部を備え、上記接続部の表面と上記受部の円周面とが面で接するように上記熱伝達ユニットと接続されていることを特徴とする照明装置。
発光ユニットと、その発光ユニットを点灯させることにより発生する熱を放熱する放熱ユニットとを備えた照明装置において、
上記発光ユニットと上記放熱ユニットとの間に熱伝達ユニットが接続され、
上記熱伝達ユニットは、直交する２つのリングによって構成され、その外周の一部が円弧形状に形成されており、上記放熱ユニットは、上記円弧形状の外周が回転可能に嵌り合う内周受け面を有し、上記円弧形状の外周と上記内周受け面とが嵌り合ってなることを特徴とする照明装置。
上記発光ユニットは少なくとも１つの発光ダイオードを含んでなる請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の照明装置。
上記熱伝達ユニットは、ヒートパイプからなる請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の照明装置。