JP4925150B1

JP4925150B1 - Ｌｅｄ照明装置の放熱構造

Info

Publication number: JP4925150B1
Application number: JP2011119803A
Authority: JP
Inventors: 幸春濱口
Original assignee: 幸春濱口
Priority date: 2011-05-28
Filing date: 2011-05-28
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2031-05-28
Also published as: JP2012248438A

Abstract

【課題】
ＬＥＤの光を光反射板によってシェード内面に反射させると共に各ＬＥＤの熱を光反射板と本体シャーシを介して放熱するＬＥＤ照明装置の放熱構造を得ること。
【解決手段】
本体シャーシとシェードにより所定形状の筐体に形成した照明器具本体に、複数のＬＥＤを設けたＬＥＤユニットと、各ＬＥＤを発光駆動させる駆動装置と、天井又は壁面に設けられるローゼット又は電源ケーブルから電源供給する電源供給部に対応する引っ掛けプラグ又はケーブル接続端子部などの電源受給部を設けた照明器具一体で交換するＬＥＤ照明装置に、各ＬＥＤの発光面と光反射板をシェード内面側に向けて本体シャーシに設けると共に該光反射板の端部を各ＬＥＤ側面と当接させて設け、または該各ＬＥＤ側面と光反射板の端部との該当接を、絶縁体の熱伝導部材を介して設けたＬＥＤ照明装置の放熱構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明器具一体の照明装置のシェードが面発光すると共に各ＬＥＤの熱を光反射板と本体シャーシを介して放熱するＬＥＤ照明装置の放熱構造に関する。

従来、直管形及び環形の蛍光灯又はＬＥＤ照明灯は、該照明灯と照明器具が、それぞれ独立した単体商品として販売提供され、また省エネ、長寿命としてＬＥＤ照明灯は、既設の照明器具に取り付けて使用されるものが提供され、その使用におけるＬＥＤの発熱は、専用の放熱板により放熱させているものである。

なお、本願で言う照明管又は照明灯（ＬＥＤを使用した管状の物を含む）とは、従来の蛍光灯と言われる管状の直管形又は環形のもので、一般的に言われる電球及び蛍光灯などそのものが光る球のことを指し、また照明器具とは、電源を中継供給するためのプラグ及び電源ケーブルの接続端子などの接続部、筐体及びカバーなど上記照明灯を発光及び保持させるための装置を有し、そのものが光らない物を指して言い、また照明器具一体とは、該照明管又は照明灯と照明器具が一体で分離独立しない照明装置を指し、また照明装置は照明灯と照明器具を有するものを言う。

また、一般市場で提供されている直管の蛍光灯型のＬＥＤ照明管は、ＬＥＤユニットとその駆動回路が内蔵若しくは外付けされた照明装置或いは照明灯の略形態であるが、該市販されているＬＥＤ照明管は、既設の照明器具に取り付け或いは該器具の形状に準じて取付け使用されるものであるから、ここで言う照明装置と言わない。

そこで、従来のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤの電流を多く流すパワーＬＥＤを使用して明るさを確保する仕様で、それに伴う発熱対策として放熱板を使用して、白色に発光するＬＥＤの長寿命を確保し、一般的に提供されている。

また、従来の照明装置に関しては、照明灯と照明器具が一体として交換使用するものなく、そこで本出願人が照明器具一体として交換使用する照明器具一体のＬＥＤ照明装置を発明し、それはＬＥＤ照明装置が取り付けられる天井又は壁面に対して平行方向に照射光が照射できるように、シェード内の外周側から中央方向に向けて、該シェード内の所定位置にＬＥＤユニットを設けると共に該ＬＥＤユニットのＬＥＤ発光素子が照射する該照射光の対面側に反射部材を設けた「照明器具一体のＬＥＤ照明装置」がある。（例えば、特許文献１参照）

また、反射板を放熱に利用する先願技術として、ＬＥＤ１０と反射板８とで構成される照明装置で、ＬＥＤの光を反射する反射板と、絶縁基板の金属ベース面と面接触し、該金属ベース面後方から前記筐体を挿通して延出する放熱板５とから構成されるとする実施例を示す「ＬＥＤ照明装置」がある。（例えば、特許文献２参照）

特許登録第４６７６５６３号公報実用新案登録第３１４９６９６号公報

従来のＬＥＤ照明に使用されるＬＥＤの発熱は、照明光の明るさを得るために定格電流値が大きく、大電流で使用する事による発熱であって、その熱のためＬＥＤが劣化することを防ぐために放熱する専用の放熱板を必要とし、また明るさの改善と、ＬＥＤの点光源を面発光させるためには、蛍光管タイプなどのカバーを面発光させる反射板を使用し、このような課題を解決するために電流値と反射板を使用することにより、その明るさと面発光が得られているが、そのための専用の放熱板の高効率放熱とその重量及びコストに課題があり改善が求められていた。

そして、その高効率放熱において、放熱板にＬＥＤの熱を伝えるのに、ＬＥＤが設けられる基板を介して放熱板に伝える手段が一般的であり、その基板の熱伝導性とコストが課題となっており、それは電子部品の実装に広く使われているガラスエポキシは、熱伝導性の高い金属基板に対して熱伝導が低く、しかしその金属基板では、逆に、ガラスエポキシ基板に比べて加工性が悪く、価格もガラスエポキシ基板の３倍程度と高いと言う課題があり、ＬＥＤから放熱板への高熱伝導性の改善と高い放熱性の要求があった。

また、上記ＬＥＤの発熱について、ＬＥＤ照明を手掛けるメーカー各社が一般に公表している4万時間の寿命を実現するには、ＬＥＤチップの接合部（発光部）温度を約１４５℃以下に抑えることが求められ、その発光部の温度について、ＬＥＤチップの接合部の表面温度が１８５度では、１０００時間程度と急激に寿命時間が低下し、実用に適さない。

そして、ＬＥＤのパッケージ温度が、上記温度の１８５度より１０℃下がると寿命が２倍延びるという試験結果があり、例えばＬＥＤの発熱対策として、一般的なガラス・エポキシ基板を使用して、消費電力が1WのパワーＬＥＤを使って基盤裏の発熱温度では70℃前後であり、より放熱効果を求める放熱基板には、上述した熱伝導性が高い金属基板を使うことが多く、一般的には、主材料としてAl（アルミウム）を使った金属板に絶縁層と配線層を積層したものがあり、上述照明に使用されるＬＥＤには、熱に対する課題が多くありその改善が求められていた。

しかして、特許文献１の本出願人が発明した「照明器具一体のＬＥＤ照明装置」は、天井又は壁などの電源供給部から該照明器具一体の照明装置を着脱交換し、駆動回路及びＬＥＤユニットの基板９からの熱を、熱伝導性支持部材を介して支持本体で放熱させ、またＬＥＤユニットからの照射光を、シェードで乱反射させて面発光させているので、上述した課題のように熱伝導性が低く、その課題の改善が求められていた。

なお、本出願人が発明した「照明器具一体のＬＥＤ照明装置」の上述以外の課題の解決としては、既設の古い照明器具を使い回しして直管型ＬＥＤ照明灯を使用すると、その直管型ＬＥＤ照明灯と照明器具との寿命差から、交互に取替えることとなり、そのことで明るさなどの効率の悪さと、本来持つ寿命が短くなる弊害を改善するために照明器具一体としてそれを交換するもので、また反射板により効率よく該シェードを面発光させると共に天井方向にも反射させ、天井の間接照明としての効果と、またシェードはより広い発光面積で発光させて、部屋全体に明るく配光させるものであります。

そして、その課題解決の背景には、近年、直管型ＬＥＤ照明灯が、省エネ、長寿命の４万〜５万時間（約１０年）と言うことで提供され、一方、既設の照明器具の寿命は、一般的に１０年程度と、またその範囲で使用されており、そのことから古い既設の照明器具に、新しい直管型ＬＥＤ照明灯に途中交換すると、その交換時の既存との寿命差によりその効率の落ちた古い既設の照明器具に影響されて、交換した新しいＬＥＤ照明灯の効率が本来の性能が出せなかった。

このようなＬＥＤ照明灯と照明器具の新旧の混合使用することは、新旧製品の具体的な効率の悪さに差が有ることが、一般的に認識されなく、そもそも従来の照明器具が球を交換して使用することは、その球の寿命が１〜２年程度と極端に短く、その交換の合理性から始まったことであり、これを近年、提供が始まった長寿命の直管型ＬＥＤ照明灯を、古い既設の照明器具に適用して交換することは、照明器具の寿命から考えると、むしろ直管型ＬＥＤ照明灯と照明器具を同時に交換するのが最も効率よく、省エネ、長寿命の観点からも必要で、上述した本出願人が発明した「照明器具一体のＬＥＤ照明装置」は、上述課題を解決するために成された発明である。

さらに、開示される特許文献２の「ＬＥＤ照明装置」は、反射板をＬＥＤ放熱フィンとして利用することの記載があり、つまり実用新案登録請求の範囲の請求項１に「複数のＬＥＤを配置した金属ベース絶縁基盤と、該絶縁基板を取り付け一端側を開放した筐体と、該筐体の内面に前記ＬＥＤを配置した絶縁基板のＬＥＤ配置面を囲み、該ＬＥＤの光を反射する反射板と、前記絶縁基板の金属ベース面と面接触し、該金属ベース面後方から前記筐体を挿通して延出する放熱板５とから構成される。」としており、しかし、ＬＥＤの熱は主にＬＥＤチップの接合部（発光部）で発生する熱であるから、その熱を金属ベース絶縁基盤を介して絶縁基板の金属ベース面と面接触させて反射板に伝えられるから、金属ベース絶縁基盤の熱伝導性は放熱をする上で最も大きな要因となり、またその面接触度合にも大きく左右され、そのような金属ベース絶縁基盤を介して放熱する構造は、上述したように熱伝導性による放熱性の課題があり、その改善が求められていた。

本発明は、上記課題を有効に達成するために、第１の解決手段として、照明器具一体のＬＥＤ照明装置に、ＬＥＤユニットの発光面と光反射板をシェード面側に向けて本体シャーシに設けると共に該光反射板の一方の端部を本体シャーシに当接させると共に他方端を各ＬＥＤ側面に該光反射板の端部に曲形成した弾発変形部を直接、弾発接触させて設けたことにより、
ＬＥＤの光を光反射板にてシェードを面発光させると共に該ＬＥＤの熱を、各ＬＥＤ側面から光反射板に熱伝導させると共に本体シャーシに熱伝導させて該本体シャーシで放熱させる事としている。

本発明は、上述したそれぞれの手段によって有効な効果が得られるようにしたもので、特に、本体シャーシとシェードにより所定形状の筐体を形成して照明器具本体とすると共に該照明器具本体内に、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を回路基板上に設けたＬＥＤユニットと、
該照明器具本体に各ＬＥＤを発光駆動させる駆動装置と、
天井又は壁面に設けられるローゼット又は電源ケーブルから電源供給する電源供給部に対応する引っ掛けプラグ、プラグ又はケーブル接続端子部などの電源受給部を設けた照明器具一体のＬＥＤ照明装置において、
ＬＥＤユニットの各ＬＥＤが発光する光を光反射板によってシェード面側に反射できるように、該ＬＥＤユニットの発光面と光反射板をシェード面側に向けて本体シャーシに設け、該ＬＥＤユニットの各ＬＥＤが発光する発光熱を、光反射板を介して本体シャーシから放熱できるように、該光反射板の一方の端部を本体シャーシに当接させると共に他方端の端部に曲形成した弾発変形部を各ＬＥＤの側面に直接、弾発接触させて設けた第１の解決手段により、
ＬＥＤユニットの各ＬＥＤから発する光をシェード内面側に発光させると共に光反射板にてシェードを面発光させることができ、また該ＬＥＤの熱を、各ＬＥＤ側面から直接、光反射板を介して本体シャーシに熱伝導させて該本体シャーシで放熱させるので、専用の放熱板が必要なく、その放熱板の重量とコストが改善できる。

また、そのＬＥＤの熱に関して、該ＬＥＤの発熱は、ＬＥＤチップの接合部（発光部）で発生するものであり、その熱によりＬＥＤの寿命が短くなるのは、白色光を得るための蛍光体の劣化に他ならないから、ＬＥＤから発する熱と、そのＬＥＤの寿命を決める蛍光体の最も近い位置から放熱することが課題解決となり、よってＬＥＤチップの発光する接合部に近いＬＥＤパッケージの側面から直接、光反射板を介して本体シャーシから放熱することで効率よく放熱でき、その観点から課題の改善をしているので、放熱の効果は大きい。

さらに、ＬＥＤユニットからの照射光を、光反射板によりシェード方向に反射させることで、効率よくシェードを面発光させると共に天井方向にも反射させているので、天井を明るくして間接照明としての効果も得られ、また従来の直管型ＬＥＤ照明灯の直管形又は環形はその発光面積が小さく限られているが、本願のシェードの面発光は、より広い発光面積が得られ、部屋全体に明るく配光できる照明器具一体の照明装置として提供できる。

加えて、各ＬＥＤ側面に直接、光反射板の端部に曲形成した弾発変形部を弾発接触させ、または変形することで密着できる絶縁体の熱伝導部材を介して光反射板に熱伝導させることで、効率よくＬＥＤの熱を光反射板から本体シャーシに熱伝導でき、つまり各ＬＥＤ側面から直接、光反射板に熱伝導させると共に本体シャーシに熱伝導することで該本体シャーシから効率よく放熱させ、熱伝導部材を使用しないのでその分コストも押さえられ、また絶縁体である熱伝導部材を使用することで、ＬＥＤ側面に直接、熱伝導部材を接触させてもＬＥＤに供給する電源からの漏電も無く安全に使用できる。

上述のことから、従来のように高価な金属基板を使用しなくとも、ＬＥＤパッケージの側面から直接放熱することで効率よく十分放熱でき、よって安価なガラスエポキシの基板を使用することもできることからコストを省くことができ、さらに熱による劣化を防ぐことで、ＬＥＤユニットの長寿命化が図れる。

なお、天井などの電源供給部から直接、照明装置を照明器具一体で交換することで、本来持つ照明装置のＬＥＤユニットの照明効率が最もよく発揮でき、またその本来持つ、寿命も長く保つことができる照明器具一体の照明装置として提供できる。
よって、これらのことから本発明は、実用上著大な効果を奏する。

本発明の使用時状態を示す側面断面図である。本発明の実施例の斜視図である。本発明のＬＥＤユニット３の要部を拡大した側面断面図である。本発明のＬＥＤ１１とコネクション９の取付状態を示す斜視図である。本発明の側面断面図で、光の照射状態を示す想像図である。本発明の他の実施例の使用時状態を示す要部の側面断面図である。本発明のその他の実施例で一部省略した斜視図である。本発明の図７の矢視C-C線断面図である。本発明のその他の実施例で要部の側面断面図である。

本体シャーシとシェードにより所定形状の筐体を形成した照明器具本体に、複数のＬＥＤを回路基板上に設けたＬＥＤユニットと各ＬＥＤを発光駆動させる駆動装置と、天井又は壁面に設けられるローゼット又は電源ケーブルから電源供給する電源供給部に対応する引っ掛けプラグ、プラグ又はケーブル接続端子部などの電源受給部を設けて照明器具一体のＬＥＤ照明装置とし、上記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤが発光する光を光反射板によってシェード内面側に反射させると共に各ＬＥＤの熱を、光反射板を介して本体シャーシから放熱できるように、ＬＥＤユニットの発光面と光反射板をシェード内面側に向けて本体シャーシに設けると共に該光反射板を各ＬＥＤ側面に当接させて設け、又は該ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ側面と光反射板を、変形可能な絶縁体の熱伝導部材を介して当接させて設けたＬＥＤ照明装置の提供を実現させた。

本発明の第一実施例を図面に基づいて説明すると、図１及び図２において、１はＬＥＤ照明装置で、該ＬＥＤ照明装置１は、本体シャーシ２にＬＥＤユニット３と光反射板４，４とシェード５をそれぞれ設けて照明器具一体のＬＥＤ照明装置１としている。

そこで、該ＬＥＤ照明装置１の本体シャーシ２は、図１に示すように、下向の略コの字状で、該本体シャーシ２と板状の取付シャーシ６とで筐体を形成し、その内部にＬＥＤユニット３を駆動発光させる駆動装置７を内設させると共に該本体シャーシ２と、半透明の乳白色で側面端面が略楕円状に形成されたシェード５を対面接合させて、図１及び図２に示すように所定形状の筐体とした照明器具本体８を形成している。

また、図１に示すように、該取付シャーシ６にＬＥＤユニット３を配置すると共に該ＬＥＤユニット３の左右の外側に熱伝導部材のコネクション９，９を介して所定形状に形成した光反射板４，４を配置している。

そこで、該ＬＥＤユニット３は、図３及び図４に示すように、回路基板１０上にＬＥＤ１１，１１，…を二列に配置すると共に所定仕様のワット数に準じた数をそれぞれ所定間隔で配置し、また回路基板１０上と、該ＬＥＤ１１，１１，…の外側側面に密接させて該コネクション９，９を設けると共に該コネクション９，９を介して光反射板４，４をそれぞれ配置している。

該コネクション９は、図３に示すように、形状が略英字のＬ状で該先端部を折り返すように形成して、その折り返し部分に上記光反射板４の端面部を若干嵌入することで、該光反射板４をそのコネクション９に取付け、そこの接触部分から熱伝導させるようにし、また該コネクション９は軟質プラスチックの絶縁体で、且つ熱伝導性がよい材質で構成されている。

また、該光反射板４は、図１に示すように、該反射面をシェード５に対面させると共に側面側端面を略山状に形成し、その一方端をＬＥＤユニット３のＬＥＤ１１，１１，…側面に沿うように、上記コネクション９に該光反射板４の端面部を若干嵌入保持させて配置すると共に他端を取付シャーシ６に熱伝導できるように接触させて設けている。

しかして、該ＬＥＤ照明装置１は、図１及び図２に示すように、天井１２に設けられたローゼット１３に、本体シャーシ２の略中央上部に設けられる引っ掛けプラグ１４を係止することで天井１２に吊設され、またＬＥＤユニット３への電源供給の経路は、上記ローゼット１３から引っ掛けプラグ１４をへて交流電源を駆動装置７へ供給すると共に該駆動装置７にて直流の所定電圧と電流制限回路により所定電流をＬＥＤユニット３の各ＬＥＤ１１，１１，…に供給され各ＬＥＤ１１，１１，…が駆動して発光する。

そして、各ＬＥＤ１１，１１，…が発光した光束は、図５に示すように、各ＬＥＤ１１，１１，…から直接シェード５面へ照射される光束（図中矢視Ａ）と、各ＬＥＤ１１，１１，…から光反射板４，４を介してシェード５面へ反射照射される光束（図中矢視Ｂ）があり、該各光束がシェード５面と光反射板４，４とで乱反射し、且つシェード５面の乳白色により、各ＬＥＤ１１，１１，…の点光源が、シェード５面、全体を明るく面発光させることで、より広い発光面積が得られ、それにより部屋全体に明るく配光でき、またその面発光により、天井にも反射して天井を明るくすることで、間接照明としての効果も得られる。

しかして、図６に示す天井埋め込み型の実施例は、上述した第一実施例と構成において略同様で、相違点について、天井１２に埋め込まれた本体シャーシ２ａと板状のシェード５ａで筐体としての照明器具本体８ａを形成し、該照明器具本体８ａの本体シャーシ２ａ内部の上面及び側面側にそれぞれ光反射板４，４とＬＥＤユニット３を配置すると共にその本体シャーシ２ａ上部にＬＥＤユニット３を駆動する駆動回路７を設け、該本体シャーシ２ａと、乳白色で形成されたシェード５ａを対面接合させて、図６に示すように、所定形状の天井埋め込み型の照明器具本体８ａを形成したＬＥＤ照明装置１ａである。なお、図中１５は電源ケーブル、１６は、電源ケーブル１５を接続するプラグである。

また、図７及び図８に示す他の実施例として、天井吊り下げの丸型の実施例は、上述した第一実施例と構成において略同様で、相違点について、丸型形状とする本体シャーシ２ｂとシェード５ｂにより丸型形状の筐体として照明器具本体８ｂを形成するＬＥＤ照明装置１ｂとしている。

そして、該ＬＥＤ照明装置１ｂのＬＥＤユニット３の構成は、図７に示すように４本の該ＬＥＤユニット３，３，…を正方形状に配置し、また図７及び図８に示すように、光反射板を各ＬＥＤユニット３，３，…の外側に熱伝導部材のコネクション９，９，…を介して光反射板４ａ，４ａ，…取付け、また該中心側にも光反射板４ｂ，４ｂ，…を配置している。なお、図示では、熱伝導部のコネクション９，９，…を介して光反射板４ｂ，４ｂ，…を取り付けていないが、取付けて中心側からも放熱できるようにしても好ましい。

しかして、上述各実施例のＬＥＤ照明装置１，１ａ，１ｂは、天井１２のローゼット１３又は電源ケーブル１５から引っ掛けプラグ１４又はプラグ１６に電源供給すると共にそこから取付、取外しが行われ、不具合が生じたときは、該ＬＥＤ照明装置１、１ａ，１ｂの全体を交換して使用する。

また、ＬＥＤ照明装置１，１ａ，１ｂを照明として使用するときのＬＥＤユニット３のＬＥＤ１１，１１，…の発光熱は、熱伝導部材のコネクション９を介して熱伝導すると共に本体シャーシ２，２ｂで放熱されることでＬＥＤ１１，１１，…の過熱を防止し、それにより寿命延長が図れ、また過熱を抑えるためＬＥＤ１１，１１，…に流す電流を駆動装置７により抑えると共にそれによる照度減をＬＥＤ１１，１１，…の使用数を増やすことで照度も確保できる。

なお、図９に示す、光反射板４とコネクション９との構成の他の実施例として、光反射板４とＬＥＤ１１の接触を熱伝導部材のコネクション９に換えて、図９に示すように光反射板４ｃの端部を曲面に形成した弾発変形部材のコネクション９ａを熱伝導部とし、該ＬＥＤ１１の側面側に光反射板４ｃ端部のコネクション９ａを弾発接触させて熱伝導させる実施例で、コネクション９を使用しないのでその分コストも押さえられる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、発熱するＬＥＤの熱を反射板と本体シャーシから効率よく放熱する照明器具一体で交換して使用するＬＥＤ照明装置として提供できる。

１，１ａ，１ｂＬＥＤ照明装置
２，２ａ，２ｂ本体シャーシ
３ＬＥＤユニット
４，４ａ，４ｂ，４ｃ光反射板
５，５ａ，５ｂシェード
７駆動装置
８，８ａ，８ｂ照明器具本体
９，９ａコネクション
１０回路基板
１１ＬＥＤ
１２天井
１３ローゼット
１４引っ掛けプラグ
１５電源ケーブル
１６プラグ

Claims

本体シャーシとシェードにより所定形状の筐体を形成して照明器具本体とすると共に該照明器具本体内に、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を回路基板上に設けたＬＥＤユニットと、
該照明器具本体に各ＬＥＤを発光駆動させる駆動装置と、
天井又は壁面に設けられるローゼット又は電源ケーブルから電源供給する電源供給部に対応する引っ掛けプラグ、プラグ又はケーブル接続端子部などの電源受給部を設けた照明器具一体のＬＥＤ照明装置において、
ＬＥＤユニットの各ＬＥＤが発光する光を光反射板によってシェード面側に反射できるように、該ＬＥＤユニットの発光面と光反射板をシェード面側に向けて本体シャーシに設け、該ＬＥＤユニットの各ＬＥＤが発光する発光熱を、光反射板を介して本体シャーシから放熱できるように、該光反射板の一方の端部を本体シャーシに当接させると共に他方端の端部に曲形成した弾発変形部を各ＬＥＤの側面に直接、弾発接触させて設けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置の放熱構造。