JP4703761B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

この発明は、検査等で用いられるラインセンサ用の光照射装置や、室内外における一般照明に用いられるライン型の光照射装置に関するものである。

従来のこの種のライン型光照射装置として、特許文献１に見られるものが知られている。このライン型光照射装置は、一列に並べたＬＥＤチップとその周囲に設けた反射板とを具備したものであり、ＬＥＤチップから出る光の指向性を反射板によって高めるようにしてある。

ところで、最近のＬＥＤの高出力化に伴い、ＬＥＤチップから出る熱をどう処理するかがその寿命等を向上させる点で非常に重要な問題となっている。これに対し、特許文献１では、ＬＥＤチップを放熱板を介して放熱フィンやケースに接続し、ＬＥＤチップの熱発散を図っている。

ところが、ＬＥＤチップあるいはこれを搭載したプリント配線基板に、放熱板や放熱フィンを熱的に十分な状態で接続することは意外に難しく、単に接触させただけでは隙間が生じて点接続になり十分な熱伝達を図れない。

そこで、従来は、例えば、複数箇所においてネジ止めしたり板バネやコイルバネを設けたりして、接続面同士を押圧固定する。さらにこれに加えて、例えばプリント配線基板の裏面全部とケースとを接続するような場合には、接続面間に薄くシリコーン樹脂などのクリーム系伝熱材を塗布するなどして、隙間無く面接続することもある。また、近時では、熱伝導性を有した接着テープによってプリント配線基板と放熱板等とを接続する場合もある。

特開２００９−１０４９９８号公報 特開２００９−０８１０９１号公報

しかしながら、このような接続方式では、ネジ止めや接着等が必要で組み立てや解体に手間がかかるうえ、構造的にみてもコンパクト化や軽量化が図りにくいものとなる。また、接続面同士が固定されるため、熱によって例えばプリント配線基板が膨張した場合に、その膨張分を吸収しきれず、基板が変形してネジ止め部分で破損したり、接着テープの場合は剥がれてしまったりして、故障等につながる場合もある。
本発明は上記のような問題点を鑑みてなされたものであって、その主たる所期課題は、この種のライン型光照射装置において、発光体からの効果的な放熱が可能であり、なおかつ組み立てが簡単でコンパクト化等も促進できるようにすることにある。

すなわち、本発明に係る光照射装置は、筒状又は部分筒状をなすボディと、前記ボディの内周面における周方向に偏位する２箇所に設けられた係止部と、対向する各側辺部を前記係止部に係止されて、該ボディ内に配設された弾性変形可能な基板と、配列方向が前記ボディの軸方向と合致するように前記基板の表面に搭載された複数の発光体と、前記ボディにおける係止部間の部位及び前記基板における発光体搭載領域の裏面又はその近傍の間に配設された熱伝導性を有する介在体とを具備し、
前記係止部間の離間寸法を前記基板の側辺部間寸法よりも小さく設定して、前記基板が前記ボディの内周面に向かって弾性変形した湾曲状態で係止部に係止されるように構成するとともに、前記基板の弾性変形によって当該基板が前記介在体を介して前記ボディを押圧するように構成したことを特徴とするものである。

このようなものであれば、基板をネジやバネなどを用いることなくボディに係止できるので、組み立ての簡単化や部品点数削減によるコンパクト化や軽量化、コストダウン等を促進できる。
また、基板自身が有する弾性力によって、当該基板における特に発光体搭載領域又はその近傍とボディとを介在体を介して熱的に確実に接続することができるので、発光体で発生した熱を、極めて効率的に介在体を通じてボディに逃がすことができる。そしてボディに例えば放熱部材を設けておけば、有効に放熱できる。

さらに、湾曲可能な基板は一般的に薄い部材で形成してあることから、基板の厚みが熱伝達を阻害することもほとんどない。
また、基板はボディに完全に固定されているわけではなく、押圧されているだけなので、熱による若干の変形が生じても、その歪みは基板の弾性で吸収されることとなり、熱変形による破損や熱接続不良などの問題がほとんど生じない。
加えて、基板が取り付け状態で湾曲することとなるので、基板の表面が凹反射面の役割を果たし、特に専用の反射部材を設けずとも、発光体からの光の指向性が良好となり、ロス光が低減するといった効果も得られる。

構造の簡単化とコンパクト化を図るとともに、ボディが長尺状のものであっても容易に基板を取り付けられるようにするには、前記係止部が、前記延伸方向と平行に延びる突条状又は溝状をなすものであり、この係止部に前記基板の側縁部を前記延伸方向と平行にスライドさせながら係止させ得るように構成したものが好ましい。

構成上無理が少ないのは、前記介在体が前記ボディの内周面から内方に突出させたものであり、前記基板の弾性変形によって、当該基板における発光体搭載領域の裏面又はその近傍が、前記介在体の突出端面に押圧密接するように構成してあるものである。

組み立ての簡単化を図るには、前記介在体を前記ボディに軸方向にスライド係合させて取り付け得るようにしているものが好ましい。
特に、前記ボディが、前記軸方向に延びる貫通溝を具備したボディ本体と、前記貫通溝にスライド係合させて取り付けられる放熱部材とを備えたものであり、前記介在体が、前記放熱フィンの内側に一体に設けてあるものであれば、部品点数の削減や部品の標準化等を図れる。

放熱部材に防水機能を具備させるには、前記放熱部材が、周方向について前記貫通溝よりも外側に広がるものであることが望ましい。
具体的態様としては、前記ボディ本体が樹脂製のものを挙げることができる。

前記介在体が前記基板における発光体搭載領域の裏面又はその近傍から突出させたものであり、前記基板の弾性変形によって前記介在体の突出端面が前記ボディに押圧密着するように構成してあるものでも構わない。

また、前記ボディにおける発光体の対向面に、光を透過させるための透光部が設けられていれば、介在体の高さを低く設定することによって収容空間の内周面深くで、透光部から離れた位置に発光体を位置づけることができる。したがって、前記透光部に光拡散性を具備させれば、発光体を離散配置しても、発光体から透光部までの距離が可及的に長いので、透光部での発光ムラが少なくなる。

光の指向性を向上させるとともにロス光を低減するには、前記基板の発光体搭載側の面を鏡面又は高反射率白色面としているものが好適である。

このように構成した本発明に係る光照射装置によれば、基板をネジやバネなどを用いることなくボディに係止できるので、組み立ての簡単化や部品点数削減によるコンパクト化や軽量化、コストダウン等を促進できる。

また、基板自身が有する弾性力によって、当該基板における特に発光体搭載領域又はその近傍とボディとを介在体を介して熱的に確実に接続することができるので、発光体で発生した熱を、極めて効率的に介在体を通じてボディに逃がすことができる。

さらに、基板が取り付け状態で湾曲することとなるので、基板の表面が凹反射面の役割を果たし、特に専用の反射部材を設けずとも、発光体からの光の指向性が良好となり、ロス光も低減するといった効果が得られる。

本発明の一実施形態における光照射装置の全体斜視図。 同実施形態における光照射装置の内部構造を示す破断斜視図。 同実施形態における光照射装置の側周板部材等を示す端面図。 同実施形態における基板とボディを示す分解斜視図。 本発明の他の実施形態における光照射装置のチップＬＥＤ周辺を拡大して示す部分拡大断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置のチップＬＥＤ周辺を拡大して示す部分拡大断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置のチップＬＥＤ周辺を拡大して示す部分拡大断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の基板とボディを示す分解斜視図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の断面図及び部分平面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の部分断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の部分断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の正面図。 同実施形態における光照射装置の背面図。 同実施形態における光照射装置の側面図。 同実施形態における光照射装置の全体斜視図。 同実施形態における光照射装置の部分斜視図。 同実施形態における光照射装置の内部構造を示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の部分斜視図。 同実施形態における光照射装置の内部構造を示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態における光照射装置の部分斜視図。 同実施形態における光照射装置の内部構造を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光照射装置１００は、室内外の一般照明や検査用照明、植物育成用照明等に用いることができるライン型のものであって、図１〜図４に示すように、円筒体をその延伸方向（軸方向と同義であり、以下、軸方向と言うときもある。）に沿って縦に割った形状を概略なす長尺状のボディ１と、このボディ１の両端部に取り付けられた口金部材８と、ボディ１の内部に収容配置された基板２及びそれに搭載された発光体たるチップ型ＬＥＤ３と、ボディ１の開口１ａに取り付けられた透光部材たるカバー４とを具備している。
各部を詳述する。

ボディ１は、部分円筒状をなし、直線有底溝状の収容空間１ｂが内部に形成された例えば金属製のボディ本体１１と、このボディ本体１１の外面に一体に形成した突条状（フィン状）をなす放熱部材１２とからなるものである。なお、部分筒状とは、筒を端面から視たときに一部が欠けた環状となる形状のことである。

基板２は、配線が予めプリントされたいわゆるプリント基板と称されるものであり、ここでは、厚みが０．５ｍｍ以下で非常に薄く、弾性変形して湾曲するタイプのものを用いている。また、この基板２は、外力を与えない自然状態では、長尺矩形平板状をなすものであり、その長手方向寸法は、前記円筒体の収容空間１ｂの長手方向寸法よりも若干小さく、幅方向寸法は、前記収容空間１ｂの幅方向寸法よりも大きい。さらに、この基板２における少なくともＬＥＤ搭載側の面のほぼ全面に、反射コーティングを施すなどして鏡面化し、光反射率を向上させてある。鏡面の他に白色塗料を塗布するなどして白色面にしてもよい。

チップ型ＬＥＤ３は、例えば白色光を発する表面実装型高輝度タイプのものであり、ここでは。近紫外光を発するＬＥＤ素子（図示しない）と、そのＬＥＤ素子から出る光を波長変換して白色光に変える蛍光部材とを利用して構成してある。そして、図２〜図４に示すように、このチップ型ＬＥＤ３を、基板２の表面における幅方向中央に、長手方向に沿って一列に端から端まで等間隔で搭載している。

カバー４は、光拡散性を有するもので、ボディ１とほぼ同じ長さの半円筒状をなし、収容空間１ｂの開口１ａを覆うように該ボディ１に取り付けられている。ここではボディ本体１１における長手方向に平行な側縁部に取付溝１ｃが形成してあり、この取付溝１ｃにカバー４の側縁部をスライド挿入して該カバー４をボディ本体１１に取り付けられるようにしてある。

しかして、この実施形態では、前記ボディ本体１１の延伸方向に平行な縁部、すなわち開口１ａの縁部にそれぞれ係止部５を設け、この係止部５に基板２の前記延伸方向と平行な各側辺部２ａを係止させるようにしている。この係止部５は、ボディ本体１１の前記各縁部から対向する方向に延出する突条状をなすものであり、この係止部５とボディ本体１１の内周面との間に前記基板２の側辺部２ａが係止される。

また、ボディ本体１１の内周面１ｄにおける幅方向中央から、長手方向に沿って端から端まで延びる突条状の介在体６が一体に突出させてある。この介在体６の突出端面６ａ（以下、先端面６ａとも言う。）は、ボディ１の開口面と平行で、かつ、その幅は、チップ型ＬＥＤ３の幅と同じ又はそれよりも大きくなるように設定してある。

ところで、前述したように、開口１ａの幅寸法、すなわち係止部５間の寸法を基板２の幅方向よりも小さく設定してある。したがって、基板２を係止部５に係止した状態では、基板２は収容空間１ｂ側に向かって湾曲することになるが、そのとき、基板２におけるＬＥＤ搭載領域の裏面と、前記介在体６の表面とが、湾曲状態から平板状態に戻ろうとする基板２の弾性復帰力によって押圧接触するように構成してある。このようにして、基板２は、横断面視、その両側辺部２ａ及び中央部（ＬＥＤ搭載領域の裏面２ｃ）の３箇所のみで支えられて固定される。

基板２の係止方法の一例としては、例えば、基板２を湾曲させながら、ボディ本体１１の端面から長手方向（延伸方向）に沿って収容空間１ｂ内にスライド挿入すればよい。その後、ボディ本体１１に口金部材８を取り付けて基板２はスライド不能に固定される。

したがって、本実施形態の構成によれば、基板２の弾性力によってＬＥＤ搭載領域の裏面２ｃが介在体６に確実に押圧されて面接触するので、チップ型ＬＥＤ３で発生した熱を、効率的に、この介在体６を通じてボディ１に逃がすことができる。また湾曲可能な基板２は一般的に薄い部材で形成してあることから、その厚みによる熱伝達の阻害影響を小さくでき、その点でも介在体６への熱伝達が効率的に営まれることとなる。

しかも、介在体６へ基板２を接触させるにあたって、ネジ締めや特別な治具等を必要とせず、単に基板２をスライドさせるだけなので、組み立てが飛躍的に簡単になる。

また、基板２が湾曲してその表面が凹反射面の役割を果たすので、特に専用の反射部材を設けずとも、チップ型ＬＥＤ３からの光の指向性を良好にできるとともにロス光を低減させ得るといった効果も得られる。

さらに言えば、この実施形態では、介在体６の高さ（ボディ１の内周面１ｄから先端面６ａまでの距離）を低くし、チップ型ＬＥＤ３がボディ１の内周面１ｄ近傍に配置されるようにして、開口１ａ及びカバー４から可及的に遠くなるように構成しているので、点灯中のカバー４を見たときに、光のムラが小さくなって、カバー４全体が均一に光っているように見えるという効果をも奏する。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の変形実施形態において、前記実施形態に対応する部材には同様の符号を付している。

例えば、図５に示すように、チップ型ＬＥＤ３を複数列に並べても構わない。その場合、介在体６もＬＥＤ列に合わせて複数設けておくことが好ましい。

また、図６に示すように、必ずしもチップ型ＬＥＤ３の裏面相当領域に介在体６を接触させる必要はなく、放熱の必要量によっては、例えば基板２におけるチップ型ＬＥＤ搭載領域の裏面近傍に介在体６が接触するようにしてもよい。

加えて言えば、ボディ１は部分円筒状に限らず、図７に示すように、四角い筒状をなし、一部が開口しているものでも構わない。また係止部５を開口１ａ近傍に設ける必要は必ずしもなく、同図に示すように、収容空間１ｂの開口１ａから深く離れた場所に係止部５を設定してもよい。透光部材は必ずしも必要なく、単に開口のみでもよい。

さらに、図８に示すように、介在体６を基板２側に設けてもよいし、介在体が基板及びボディ内周面の双方から突出するようにしてもよい。また、図９に示すように、カバー４は平板状のものでも構わない。
基板２は、図１０に示すように、１つのボディ１に対して複数枚を直列させて収容するようにしてもよい。

また、前記実施形態では基板２をボディ１に取り付けた状態で、断面視、略部分円形状となる程度の撓み量にしていたが、図１１に示すように、基板２の撓み量を大きくして、横断面視、基板２が中央で介在体６によって多少盛り上がり、横断面視概略W字状となるようにしてもよい。このとき、基板２の中央部を除く側部がほぼ放物線となるように形成し、その放物線の焦点にＬＥＤ３を位置づければ、基板表面での反射光が開口に向かう平行光となり、光の指向性が向上する。基板は前記実施形態のように平面に置いた自然状態では平板となるものでもよいし、収容空間内に配置した状態に近い状態に予め湾曲させておいてもよい。
放物線の焦点にＬＥＤ２を位置づけるという観点からすれば、図１２に示すように、介在体６を基板２を貫通させてその表面から突出させるようにしても構わない。

さらに、図１３に示すように、前記ボディ１を部分筒状ではなく、筒状にしてもよい。この場合、ボディ全体をガラスや樹脂などにして透光性を有するようにしても良いし、例えば二色成形のような方法で、ボディ１の基板側１Ａが非透光、反基板側１Ｂが透光となるように一体成形すれば、製造の簡単化を促進できる。このとき、ボディ１の基板側１Ａと反基板側１Ｂとで、同じ樹脂を用いるとともに、混ぜ込む材質を異ならせることが成形上より好ましい。ここでは、例えば基板側ボディ１Ａに熱伝導性フィラを混ぜ込んだポリカーボネイト樹脂を用いて放熱性を高め、反基板側ボディ１Ｂには光拡散フィラを混ぜ込んだポリカーボネイト樹脂を用いるようにするといった構成が考えられる。もちろん、透光部材は、無色透明でも構わない。

しかして、このような簡単な成形方法を採用すると、ボディ１が完全な筒型となるので、基板２を軸方向にスライド挿入させざるを得なくなるが、このようなスライド挿入によっても、本発明によれば、基板２の弾性変形によって確実な熱伝導を担保することができるという格別な効果が得られる。

また、図１４に示すように介在体６をボディ１とは物理的に別体の金属板としてスライド挿入するようにしてもよい。また、図１５に示すような態様も考えられる。

本発明のさらに他の実施形態を図１６〜図２１を参照して説明する。

この実施形態に係る光照射装置１００は、特にボディ１に特徴があるので、該ボディ１を中心に説明する。

このボディ１は、図１６〜図１９に示すように、筒状（円筒状）をなすボディ本体１１と、このボディ本体１１に別体で取り付けた放熱部材１２とを具備したものである。

ボディ本体１１は、全体に透光性を有した樹脂製のものであり、前記実施形態同様、内周面の周方向に互いに偏位した２箇所に、軸方向に延びる係止部５が設けてある。そして、この係止部５にＬＥＤ３を搭載した弾性プリント基板２をスライド係止させて取り付けられるようにしてある。

このボディ１における２つの係止部５のちょうど中間の位置、すなわち基板２における発光体搭載領域の裏面に対向する位置には、軸方向に延伸する貫通溝１１ａが形成してあり、この貫通溝１１ａに前記介在体６が軸方向にスライド係合させて取り付けられる。

介在体６は、図２０、図２１に示すように、金属製の長尺状をなすものであり、その側面には、貫通溝１１ａの側縁部に係合する有底溝６ａが設けてある。

また、この介在体６の径方向外側に、放熱部材１２が一体に形成してある。この放熱部材１２は、端面方向から視て、貫通溝１１ａよりも外側方に拡がる鍔部１２１を具備している。鍔部１２１は、光照射装置１００の姿勢を放熱部材１２が上側となるように配置したときに、外側方に向かうに連れて垂れ下がる形状をなすものであり、放熱のみならず、上方からの水滴等がボディ内部に侵入することを防止する防水傘としての役割をも担っている。これは、例えば水耕栽培装置や水槽照明装置などに本光照射装置を用いるときに有効となる。

このような構成の光照射装置１００の組み立てについて説明する。
まず、ボディ本体１１に対し、ＬＥＤ２を搭載した基板２を湾曲させつつ軸方向にスライドさせて取り付ける。その後、介在体６及び放熱部材１２の一体成型品を、基板２に押し付けながらボディ貫通溝１１ａに軸方向にスライド係合させる。

しかして、かかる構成によれば、基板２のスライド係合が前記実施形態に比べ、非常にスムーズとなる。なぜなら、基板２を軸方向にスライドさせて係止する際に、既に介在体６がボディに取り付けられている状態では、摩擦が大きく、基板２が比較的薄く剛性が小さいことから、スライド途中で折れ曲がったり、そのことによってそれ以上押し込めなくなったりする場合があり得るが、この実施形態のように、介在体６が無い状態でボディ１に弾性プリント基板を取り付けるので、スライドの際の摩擦が少なく、スムーズに組み立てを行うことができる。

一方、介在体６及び放熱部材１２に関しては、金属棒状の十分な剛性を有したものなので、スライド係合にあたって、基板２との摩擦があっても、特に不具合が生じることもない。

さらに、ボディ１が、樹脂製のボディ本体１１と金属製の放熱部材１２とに分離しているので、ＬＥＤ３の光量などの違いにより放熱性を異ならせなければならない場合に、ボディ本体１１を変えることなく、放熱部材１２のみのラインアップを揃えればよいので、部品の標準化を図れる。放熱部材１２としては、図２２〜図２５に示すような種々の形状が考えられる。なお、これら図２２〜図２５において、ボディ１や口金部材８などの他の構成は、図１６〜図１９と同一なので省略する。

その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・光照射装置
１・・・ボディ
１ａ・・・開口
１ｂ・・・収容空間
１ｄ・・・内周面
１２・・・放熱部材
２・・・基板
２ａ・・・基板側辺部
２ｃ・・・発光体搭載領域の裏面
３・・・発光体（チップ型ＬＥＤ）
４・・・透光部材（カバー）
５・・・係止部
６・・・介在体

Claims (10)

1. 筒状又は部分筒状をなすボディと、
   前記ボディの内周面における周方向に偏位する２箇所に設けられた係止部と、
   対向する各側辺部を前記係止部に係止されて、該ボディ内に配設された弾性変形可能な基板と、
   配列方向が前記ボディの軸方向と合致するように前記基板の表面に搭載された複数の発光体と、
   前記ボディにおける係止部間の部位と、前記基板における発光体搭載領域の裏面又はその近傍との間に配設された熱伝導性を有する介在体とを具備し、
   前記係止部間の離間寸法を前記基板の側辺部間寸法よりも小さく設定して、前記基板が前記ボディの内周面に向かって弾性変形した湾曲状態で係止部に係止されるように構成するとともに、前記基板の弾性変形によって当該基板が前記介在体を介して前記ボディを押圧するように構成していることを特徴とする光照射装置。
2. 前記基板の側辺部を前記係止部に前記軸方向にスライドさせて係止し得るように構成していることを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
3. 前記介在体が前記ボディの内周面から内方に突出させたものであり、前記基板の弾性変形によって、当該基板における発光体搭載領域の裏面又はその近傍が、前記介在体の突出端面に押圧密接するように構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載の光照射装置。
4. 前記介在体を前記ボディに軸方向にスライド係合させて取り付け得るようにしていることを特徴とする請求項３記載の光照射装置。
5. 前記ボディが、前記軸方向に延びる貫通溝を具備したボディ本体と、前記貫通溝にスライド係合させて取り付けられる放熱部材とを備えたものであり、前記介在体が、前記放熱部材の内側に一体に設けてあることを特徴とする請求項３又は４記載の光照射装置。
6. 前記放熱部材が、周方向について前記貫通溝よりも外側に広がるものである請求項５記載の光照射装置。
7. 前記ボディ本体が樹脂製のものであることを特徴とする請求項５又は６記載の光照射装置。
8. 前記介在体が前記基板における発光体搭載領域の裏面又はその近傍から突出させたものであり、前記基板の弾性変形によって前記介在体の突出端面が前記ボディに押圧密着するように構成してあることを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
9. 前記ボディにおける発光体の対向面に、光を透過させるための透光部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の光照射装置。
10. 前記基板の表面を鏡面又は高反射率白色面としている請求項１乃至９いずれか記載の光照射装置。