JP4740964B2 - Ｌｅｄダウンライト - Google Patents

Description

本発明は、１以上のＬＥＤを配線基板の搭載面に搭載したＬＥＤモジュールと、前記配線基板を内装する灯具本体とを備えたＬＥＤダウンライトに関する。

灯具は、白熱電球や蛍光灯から低消費電力、長寿命という利点を生かしＬＥＤ化が進んでいる。しかし、ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯とは異なり、高温になると劣化が生じたり輝度が低下したりしやすい。従って、ヒートシンクなどで発熱源であるＬＥＤからの熱を放散して冷却する必要がある。このようなヒートシンクを備えたＬＥＤ灯具が特許文献１，２に記載されている。

この特許文献１に記載されている照明器具は、天井灯や地中灯などの各種照明灯として使用可能なものであって、主として断面視略Ｈ形の柱状でアルミニウムで形成されている基体と、その基体の一方の凹部内に内装されたアルミニウム製のＬＥＤ基板とを備えたものである。この照明器具は、ネジの頭部でＬＥＤ基板が基体の設置面へ押圧され、ＬＥＤ基板の角部と突条間に係合部材が狭入されて押圧されていることにより、ＬＥＤ基板が基体の設置面との密接状態が維持され、優れた放熱効果を発揮することができる。
また、特許文献２に記載のＬＥＤ信号灯具は、ＬＥＤランプを保持する基板と、ＬＥＤランプの点灯時の発熱を伝導するのに充分な板厚を有し、基板が絶縁性熱伝導シートを介して載置された放熱フィンと、反射鏡を兼ねる構成とした樹脂製のプレッシャープレートとを備え、基板と絶縁性熱伝導シートとを、プレッシャープレートで放熱フィンに圧接挟持して取付けた構成としたものである。
特開２００３−９２０２２号公報 特開２００２−９３２０６号公報

ＬＥＤは、高輝度化が進むことで消費電流は益々大きくなり、それに伴ってＬＥＤの発熱の度合いも増大する一方である。特許文献１，２に記載された従来のＬＥＤ灯具は、ＬＥＤが搭載された基板の背面側から放熱体へ伝熱させることで、ＬＥＤの温度上昇を抑制するものではあるが、これでも不十分と思われる。そうなると、ＬＥＤの寿命の問題や、輝度低下の問題が心配される。

そこで本発明は、更に放熱効果を高めることができる構造とすることで、ＬＥＤの寿命の低下や輝度の低下を抑制することが可能なＬＥＤダウンライトを提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤダウンライトは、１以上のＬＥＤを配線基板の搭載面に搭載したＬＥＤモジュールと、前記配線基板を内装する灯具本体とを備え、前記灯具本体は、天井から露出するフランジ部が先部に形成され、前記ＬＥＤが配置された位置に設けられた貫通孔から前記ＬＥＤを覗かせた状態で基部が前記搭載面と接する第１本体部と、前記搭載面とは反対側となる背面と接する第２本体部とを有し、前記配線基板は、前記第１本体部と前記第２本体部とが合わさることでできた空間を収納部として収納され、前記第１本体部と前記第２本体部とは、前記配線基板を囲う周縁部同士が接しており、前記配線基板には、前記搭載面に形成されることで前記ＬＥＤに電源を供給すると共に接する前記第１本体部に伝熱する電極パターンと、前記背面に形成されることで接する前記第２本体部に伝熱する伝熱パターンと、前記電極パターンと前記伝熱パターンと接続するスルーホール配線とが設けられていることを特徴とする。

本発明のＬＥＤダウンライトは、配線基板の搭載面と第１本体部が接しており、配線基板の背面と第２本体部が接しているので、灯具本体が配線基板を挟むサンドイッチ構造となっている。従って、ＬＥＤから配線基板へ伝わった熱は、搭載面側から第１本体部へ伝わり、背面側から第２本体部へ伝わる。そして、第１本体部と第２本体部とは、配線基板を囲う周縁部同士が接しているので、第１本体部および第２本体部の全体で放熱することができる。本発明のＬＥＤダウンライトを天井に設置すると、ＬＥＤの熱が第２本体部へ伝熱しても天井裏では高い放熱効果が期待できない。第２本体部の熱を周縁部から第１本体部へ伝熱させることで、第１本体部の居室内に露出する部分から放熱させることができる。従って、ＬＥＤからの熱を効率よく放熱させることができる。また、本発明のＬＥＤダウンライトは、灯具本体が配線基板を挟むサンドイッチ構造であるため、加熱による配線基板の変形（撓み）を抑止することができるので、配線基板の変形による灯具本体との密着の低下を防止することで、放熱効率の低下を抑止することができる。

前記配線基板には、前記搭載面に形成されることで前記ＬＥＤに電源を供給すると共に接する前記第１本体部に伝熱する電極パターンと、前記背面に形成されることで接する前記第２本体部に伝熱する伝熱パターンと、前記電極パターンと前記伝熱パターンと接続するスルーホール配線とが設けられているのが望ましい。
ＬＥＤは配線基板の搭載面に形成された電極パターンを加熱する。電極パターンに伝わった熱は、第１本体部へ伝わると共にスルーホール配線を介して背面の伝熱パターンへと伝わる。そして伝熱パターンへ伝わった熱は、第２本体部へと伝わる。従って、ＬＥＤからの熱は、配線基板の搭載面および背面に設けられたそれぞれのパターンにより伝わっていくので、早く灯具本体へ伝熱させることができる。

前記配線基板と、前記第１本体部および前記第２本体部とは、絶縁性の伝熱シートまたは伝熱ペーストを介在させるのが望ましい。絶縁性の伝熱シートまたは伝熱ペーストを介在させることで、配線基板の搭載面と第１本体部、または背面と第２本体部との密着性が高まるので、伝熱性を向上させることができる。

本発明は、第１本体部と第２本体部とは、配線基板を囲う周縁部同士が接しているので、第１本体部および第２本体部の全体で放熱することができる。従って、更に放熱効果を高めることができる構造とすることで、ＬＥＤの寿命の低下や輝度の低下を抑制することが可能である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ灯具を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ灯具の天井に設置した状態の断面図である。図２は、図１に示すＬＥＤ灯具１の部分拡大図である。図３は、図１に示すＬＥＤ灯具の分解斜視図である。図４は、ＬＥＤ灯具をレンズ部の方向から見た図である。

図１から図４に示すＬＥＤ灯具１は、天井Ｃに設けられる略円柱状のダウンライトである。ＬＥＤ灯具１は、灯具本体１０と、レンズ部２０と、給電部３０と、ＬＥＤモジュール４０とを備えている。

灯具本体１０は、下部に位置する第１本体部１１と、第１本体部１１の上部に位置する第２本体部１２と、腕部１３とを備えている。第１本体部１１と第２本体部１２とは、軽量で伝熱性および放熱性の高いアルミニウムで形成されている。

第１本体部１１は、下方に向いたすり鉢状に形成されている。第１本体部１１の内周壁面１１１には、光出射方向に向かって徐々に直径が広がる傾斜面１１２が形成されている。第１本体部１１の先部１１ａには、天井Ｃから露出するフランジ部１１３が形成されている。第１本体部１１の基部１１ｂとなる上面１１４には、ＬＥＤモジュール４０に搭載されたＬＥＤに対応する位置に貫通孔１１５が設けられている。本実施の形態１では、ＬＥＤが５個設けられているので、５つの貫通孔１１５が正五角形を象るようにそれぞれの頂点となる位置に設けられている。第１本体部１１は、第２本体部１２の内側から、ＬＥＤモジュール４０を貫通するねじにより第２本体部１２に取り付けられている。

第２本体部１２は、下部に凹部１２１が形成されている。この凹部１２１は、第１本体部１１が合わさることで、第１本体部１１の上面１１４が凹部１２１の開口を塞ぐ蓋となって閉鎖された空間Ｓとなる。ＬＥＤモジュール４０は、この空間Ｓを収納部として収納されている。また、第２本体部１２の開口した上端には、この開口を塞ぐ蓋部１２２が設けられている。この蓋部１２２の上面に、給電部３０の端子台３１が配置されている。また、蓋部１２２によって第２本体部１２の上端の開口を塞ぐことでできる空間に、給電部３０の電源部３２が収納されている。そして、蓋部１２２には、電源部３２と端子台３１とを接続するＡＣ給電線を配線するための配線孔１２２ａが、ゴムブッシュ１２２ｂと共に１つ設けられている。
腕部１３は、ＬＥＤ灯具１を天井Ｃに固定するために、第１本体部１１の周囲面の４ヵ所に設けられた略Ｖ字状の板ばねである。

レンズ部２０は、第１本体部１１の開口部の蓋となる円板部２１と、頭頂部にＬＥＤを収納するための凹部２２ａが設けられ、光が進む方向に向かって徐々に拡径するように形成された導光部２２と、円板部２１の中央に設けられ、ねじによりレンズ部２０を第１本体部１１へ固定するための取付部２３と、導光部２２同士の間に設けられ、円板部２１と第１本体部１１の上面１１４との距離を規制する脚部２４とを備えている。

給電部３０は、ＡＣ電源線が接続される端子台３１と、ＬＥＤへ定電流を供給する電源部３２とを備えている。電源部３２は、配線基板３２１にＦＥＴやコンデンサ、抵抗、コイルなどの電子部品を搭載した電源回路であり、１００ＶのＡＣ電圧を整流し、約３００ｍＡの直流定電流をＬＥＤに供給する機能を備えている。なお、図１において図示している配線基板３２１に搭載された電子部品は、図３においては図示していない。

ＬＥＤモジュール４０は、配線基板４１に５個のＬＥＤ４２が搭載されたものである。ＬＥＤ灯具１では、５個のＬＥＤ４２を搭載した照明であるが、ＬＥＤの輝度または灯具の大きさなどにより適宜増減することができる。ここで配線基板４１について、図５に基づいて詳細に説明する。図５は、図１に示すＬＥＤモジュールの配線基板を示す図であり、（Ａ）は搭載面側から見た図、（Ｂ）は搭載面の反対となる背面側から見た図である。

配線基板４１は、ガラスエポキシ樹脂や紙エポキシ樹脂などの絶縁性基板４１１に、金属薄膜による配線パターンが形成されたプリント基板である。配線パターンは、絶縁性基板４１１の全面に銅箔層を形成した後に、この銅箔層を所定パターンにエッチングにより除去することで形成することができる。この配線パターン上には短絡防止のためのレジスト膜（図示せず）が設けられている。

配線パターンは、ＬＥＤ４２が搭載された搭載面Ｔに形成された電源パターン４１２と、搭載面Ｔの反対となる背面Ｈに形成された伝熱パターン４１３とが形成されている。

電源パターン４１２は、ＬＥＤ４２を直列接続するために、ＬＥＤ４２のそれぞれの間に６つ形成されている。それぞれの電源パターン４１２には、ＬＥＤ４２のカソード端子およびアノード端子と接続するためのＬＥＤ接続部４１ｘが、レジスト膜を矩形状に除去することで形成されている。これらの電源パターン４１２は、略三角形状や、変形した四角形状に形成されている。

伝熱パターン４１３としては、搭載面Ｔの電源パターン４１２に対応して６つ形成されている。この伝熱パターン４１３上にもレジスト膜（図示せず）が設けられている。伝熱パターン４１３は、略三角形状や変形した四角形状に形成されている。この伝熱パターン４１３と電源パターン４１２とは、絶縁性基板４１１を貫通するスルーホール配線４１４により接続されている。このスルーホール配線４１４は、伝熱パターン４１３と電源パターン４１２とのほぼ全面に設けられている。
伝熱パターン４１３のうち、ＬＥＤ４２を直列接続する一端側の電源パターン４１２と他端側の電源パターン４１２との裏側に位置する隣接した２つの伝熱パターン４１３には、電源接続部４１ｙがレジスト膜を矩形状に除去することで形成されている。つまり、この２つの伝熱パターン４１３は、ＬＥＤ４２へ電源を供給するための電源パターンを兼ねている。

ＬＥＤ４２を直列接続する電源パターン４１２が環状に配置されていることで、配線基板４１の裏面に形成された電源パターンを兼ねた２つの伝熱パターン４１３を隣接させて配置することができる。従って、図３に示す第２本体部１２の凹部１２１には、給電部３０へ配線されるＤＣ給電線を挿通するための貫通孔１２１ａが１つのみ設けられている。従って、配線基板４１の背面Ｈと凹部１２１との接触面積を広く確保することができる。

このＬＥＤモジュール４０は、配線基板４１の搭載面Ｔおよび背面Ｈの両面に、第１本体部１１と第２本体部１２との密着性を向上させるための粘弾性を有するシート状の伝熱部材４３（図１および図２参照）が設けられている。この伝熱部材４３は、シート状体とする以外にペースト状体としてもよい。

以上のように構成された本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ灯具１の使用状態について、図面に基づいて説明する。

配線基板４１に給電部３０からの電圧が印加されることで、電流が直列接続されたそれぞれのＬＥＤ４２に流れる。この電流によりＬＥＤ４２は発光するが、すべての電気エネルギーが光に変換されるわけではなく、一部分は熱となる。ＬＥＤ４２の熱は、カソード端子およびアノード端子を介して搭載面Ｔ側の電源パターン４１２へ伝わる。電源パターン４１２に伝わった熱は、搭載面Ｔと接する第１本体部１１の上面１１４へ伝熱部材４３を介して伝わっていく。電源パターン４１２は、絶縁性基板４１１の搭載面Ｔのほぼ全面に形成されているので、熱を効率よく第１本体部１１へ伝えることができる。

また、電源パターン４１２に伝わった熱は、電源パターン４１２からスルーホール配線４１４を介して伝熱パターン４１３へ伝わる。電源パターン４１２からの熱は、絶縁性基板４１１を介しても背面Ｈ側へ伝わるが、樹脂で形成された絶縁性基板よりも熱伝導率の高い金属で形成されたスルーホール配線４１４の方がより伝熱性が高い。本実施の形態１では、電源パターン４１２のほぼ全面にスルーホール配線４１４を設けるので、配線基板４１の高い伝熱性を確保することができる。

そして、配線基板４１の背面Ｈ側へ伝わった熱は、伝熱部材４３を介して第２本体部１２の凹部１２１へ伝わる。そして凹部１２１に伝わった熱は、第２本体部１２は筒部１２３へ広がると共に、配線基板４１を囲う周縁部１０ａとなる凹部１２１の周壁部１２１ｂから第１本体部１１へ伝わっていく。

筒部１２３は第１本体部１１より放熱性が高いが、第２本体部１２は天井Ｃ内に位置しており、断熱材Ｄが覆い被さっているので、灯具本体１０と断熱材Ｄとの間の空間の温度が上昇すると第２本体部１２からの放熱の度合いが徐々に低下する。従って、第２本体部１２からの高い放熱効果が期待できない。

本実施の形態１に係るＬＥＤ灯具１では、第２本体部１２は、凹部１２１が第１本体部１１の上面１１４に接続しているのでＬＥＤモジュール４０から伝わった熱を積極的に第１本体部１１へ伝熱させることができる。そうすることで、天井Ｃから居室内へ露出した第１本体部１１のフランジ部１１３から放熱させることができるので、高い放熱効果を得ることができる。従って、ＬＥＤ４２の寿命の低下や輝度の低下を抑制することができる。

また、ＬＥＤ灯具１は、第１本体部１１と第２本体部１２とでＬＥＤモジュール４０の配線基板４１を挟み込むサンドイッチ構造に形成されているので、配線基板４１と第１本体部１１および第２本体部１２との密着性の低下を防止することができる。従って、高い放熱性を維持することができる。
なお、本実施の形態１では、配線基板４１の電源パターン４１２は絶縁性基板４１１に合わせて略円形状となるように配置されているが、例えば絶縁性基板が長方形状であったり、多角形状であったりしてもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ灯具を図６および図７に基づいて説明する。図６は、本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ灯具を示す断面図である。図７は、図６に示すＬＥＤ灯具を示す図であり、（Ａ）はレンズ部側から見た図、（Ｂ）は灯具本体の上端側から見た図、（Ｃ）は側面図である。なお、図６および図７においては、図１から図５と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ灯具１ｘは、灯具本体１０ｘの第２本体部１２ｘが筒状でなく、放熱フィン部１２ｘｂを有しており、かつ給電部が灯具本体の外に位置することを特徴としたものである。
ＬＥＤ灯具１ｘは、灯具本体１０ｘと、レンズ部２０と、ＬＥＤモジュール４０と、天井内に取り付けるために灯具本体１０ｘから一方向および他方向に突出させた腕部１３ｘとを備えている。灯具本体１０ｘは、下部に位置する第１本体部１１ｘと、第１本体部１１ｘの上部に位置する第２本体部１２ｘとを備え、アルミニウムで形成されている。

第１本体部１１ｘは、下方に向いたすり鉢状に形成されている。第１本体部１１ｘの先部１１ｘａには、天井から露出するフランジ部１１３が形成されている。基部１１ｘｂとなる上面１１４には、ＬＥＤモジュール４０に搭載されたＬＥＤに対応する位置に貫通孔１１５が設けられている。

第２本体部１２ｘは、凹部１２１ｘが形成された台部１２ｘａと、台部１２ｘａに立設された放熱フィン部１２ｘｂとを備えている。凹部１２１ｘには、第１本体部１１ｘの基部１１ｘｂが嵌ることで基部１１ｘｂを位置決めする段部１２１ｘａと、第１本体部１１ｘが嵌ることでできる空間を配線基板４１の収納部とするために、更に一段掘り下げた基板用凹部１２１ｘｂが設けられている。

この基板用凹部１２１ｘｂにＬＥＤモジュール４０の配線基板４１を収納することで、ＬＥＤ灯具１ｘを第１本体部１１ｘと第２本体部１２ｘとで配線基板４１を挟み込むサンドイッチ構造としている。

このように本実施の形態２に係るＬＥＤ灯具１ｘでは、第２本体部１２ｘの凹部１２１ｘに第１本体部１１ｘを嵌め込むことで配線基板４１を囲う周縁部１０ｘａ同士が接続するので、配線基板４１の背面Ｈ側から第２本体部１２ｘへ伝わったＬＥＤ４２からの熱を第１本体部１１ｘへ伝えることができる。また、第２本体部１２ｘには、放熱フィン部１２ｘｂが設けられているので、第２本体部１２ｘの台部１２ｘａに伝わった熱を第１本体部１１ｘへ伝熱すると共に、放熱フィン部１２ｘｂから放熱することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態では、第２本体部に凹部を形成して第１本体部を合わせることでできる空間を配線基板の収納部としたが、第１本体部に凹部を設けるようにしてもよい。

本発明は、ＬＥＤを光源とした天井に設けられるダウンライトに最適である。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ灯具の天井に設置した状態の断面図である。 図１に示すＬＥＤ灯具１の部分拡大図である。 図１に示すＬＥＤ灯具の分解斜視図である。 ＬＥＤ灯具をレンズ部の方向からに見た図である。 図１に示すＬＥＤモジュールの配線基板を示す図であり、（Ａ）は搭載面側から見た図、（Ｂ）は搭載面の反対となる背面側から見た図である。 本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ灯具を示す断面図である。 図６に示すＬＥＤ灯具を示す図であり、（Ａ）はレンズ部側から見た図、（Ｂ）は灯具本体の上端側から見た図、（Ｃ）は側面図である。

符号の説明

１，１ｘ ＬＥＤ灯具
１０，１０ｘ 灯具本体
１０ａ，１０ｘａ 周縁部
１１，１１ｘ 第１本体部
１１１ 内周壁面
１１２ 傾斜面
１１３ フランジ部
１１４ 上面
１１５ 貫通孔
１１ａ，１１ｘａ 先部
１１ｂ，１１ｘｂ 基部
１２，１２ｘ 第２本体部
１２１，１２１ｘ 凹部
１２１ｘａ 段部
１２１ｘｂ 基板用凹部
１２１ａ 貫通孔
１２１ｂ 周壁部
１２２ 蓋部
１２２ａ 配線孔
１２２ｂ ゴムブッシュ
１２３ 筒部
１２ｘａ 台部
１２ｘｂ 放熱フィン部
１３，１３ｘ 腕部
２０ レンズ部
２１ 円板部
２２ 導光部
２２ａ 凹部
２３ 取付部
２４ 脚部
３０ 給電部
３１ 端子台
３２ 電源部
３２１ 配線基板
４０ ＬＥＤモジュール
４１ 配線基板
４１ｘ ＬＥＤ接続部
４１ｙ 電源接続部
４１１ 絶縁性基板
４１２ 電源パターン
４１３ 伝熱パターン
４１４ スルーホール配線
４２ ＬＥＤ
４３ 伝熱部材
Ｃ 天井
Ｄ 断熱材
Ｓ 空間
Ｔ 搭載面
Ｈ 背面

Claims (2)

1. １以上のＬＥＤを配線基板の搭載面に搭載したＬＥＤモジュールと、前記配線基板を内装する灯具本体とを備え、
   前記灯具本体は、天井から露出するフランジ部が先部に形成され、前記ＬＥＤが配置された位置に設けられた貫通孔から前記ＬＥＤを覗かせた状態で基部が前記搭載面と接する第１本体部と、前記搭載面とは反対側となる背面と接する第２本体部とを有し、
   前記配線基板は、前記第１本体部と前記第２本体部とが合わさることでできた空間を収納部として収納され、
   前記第１本体部と前記第２本体部とは、前記配線基板を囲う周縁部同士が接しており、
   前記配線基板には、前記搭載面に形成されることで前記ＬＥＤに電源を供給すると共に接する前記第１本体部に伝熱する電極パターンと、前記背面に形成されることで接する前記第２本体部に伝熱する伝熱パターンと、前記電極パターンと前記伝熱パターンと接続するスルーホール配線とが設けられていることを特徴とするＬＥＤダウンライト。
2. 前記配線基板と、前記第１本体部および前記第２本体部とは、絶縁性の伝熱シートまたは伝熱ペーストを介在させている請求項１記載のＬＥＤダウンライト。

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