JP5017688B2

JP5017688B2 - 発光装置および照明灯具

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Publication number: JP5017688B2
Application number: JP2007282331A
Authority: JP
Inventors: 勝加藤
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: JP2009110821A

Description

本発明は、発光素子を用いた発光装置およびそれを取り付ける照明灯具に係り、特に発光装置の取り付け構造に関する。

発光素子を用いた発光装置として、発光素子を放熱基板上に搭載し、放熱基板を照明灯具へネジ締めにより取り付けて使用する構造を有するものがある。この種の構造を有する従来の発光装置においては、例えば特許文献１中に示すように、放熱基板のネジ穴は半円形状のものが知られている。

しかし、上記したように放熱基板のネジ穴が半円形状の場合には、発光装置を照明灯具へネジ締めする際に放熱基板にはネジ頭の半分程しか対接しないので、放熱基板を均一な力で固定できない問題がある。また、ネジが安定しないので、ネジ締め作業が困難であるという問題がある。

なお、発光素子の周囲を囲む形状のレンズ固定ホルダーを用いる場合、接着剤によりレンズ固定ホルダーを放熱基板に固定させると、接着剤がレンズ固定ホルダーの外側にはみ出てしまい、発光装置の外観が悪くなるという問題がある。
特開２００６−３１９１１１号公報（図７）

本発明は前記したように発光装置を照明灯具へ取り付ける時に発生する問題点を解決すべくなされたもので、発光装置の放熱基板を照明灯具へ均一の力で固定でき、接着剤を使用しないで発光装置のホルダーと放熱基板を照明灯具へ容易かつ安定に固定し得る発光装置および照明灯具を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、発光素子を用いた光源と、上面の一部に前記光源が載置され、周面の一部に一対の取り付け用の切り欠き部が対向して形成された放熱基板と、前記放熱基板上に載置され、前記光源の周囲を囲む筒状部を有するホルダーと、を具備し、前記ホルダーの筒状部の外側面から互いに反対側の側方へ突出し、前記放熱基板の切り欠き部の周辺部を覆うように対向可能な部分を有する一対の取り付け片が設けられており、前記取り付け片には、前記切り欠き部に対向可能な円形状の穴が形成されるとともに前記切り欠き部の外側面に対向可能な一対の突起部が下向きに設けられており、前記一対の取り付け片の穴と前記一対の切り欠き部とが同一線上に位置する向きとなるように前記ホルダーが前記放熱基板上に載置された場合に、前記取り付け片が前記切欠き部の周辺部を覆うとともに、前記突起部が前記切り欠き部の外側面に対向する状態となることを特徴とする。

前記放熱基板および前記ホルダーには、相互の位置決めを行うための構造を有することが好ましい。例えば、放熱基板には位置決め用の穴が設けられ、ホルダーの底面には上記穴に圧入可能な位置決め用のリブが設けられていることが好ましい。これにより、ホルダーと放熱基板とを照明灯具へネジ締め固定する際に放熱基板とホルダーの位置決めが容易になる。この際、ホルダーの筒状部の内側にレンズを配設している場合には、レンズと光源の位置決めを正しく設定することが可能になる。

前記ホルダーは、発光装置の発光方向から見て１８０°の回転対称の構造を有することが好ましい。これにより、ホルダーおよびレンズの回転方向（軸心回り方向）の向きが、一対の取り付け片の配置線に対して０°または１８０°のどちら側であっても、発光装置を組み立てることが可能になるので、組み立ての方向性を気にせずに容易に組み立てることが可能になる。

前記ホルダーは、筒状部に上方からレンズを押し込む時に、筒状部の側方から押すことにより変形し、レンズの挿入後にレンズを挟持し得る可撓性を有する合成樹脂により形成されていることが好ましい。これにより、ホルダーに上方からレンズを押し込むだけで簡単にレンズを組み込むことが可能になる。

前記光源は、発光素子チップがパッケージ上に面実装された構造を有し、前記レンズは、前記光源の上方に配設されており、発光素子チップがレンズ下面よりレンズ内側に位置するようなレンズ構造を有することが好ましい。これにより、レンズは、光源からの光を効率よく前面側へ出すように有効に利用でき、所望の照度分布（範囲）に合わせて配光制御することが可能になる。

本発明の照明灯具は、本発明の発光装置のホルダーが放熱基板上に載置された状態で、前記ホルダーの取り付け片の穴および前記放熱基板の切り欠き部がネジにより共締め固定されていることを特徴とする。

本発明の発光装置によれば、ホルダーの取り付け片により放熱基板の切り欠き部の周辺部を覆っているので、放熱基板を均一な力で固定することができる。また、照明灯具に対してホルダーと放熱基板とを共締めする構造を有するので、接着剤を使用しないでホルダーと放熱基板を照明灯具へ容易かつ安定に固定することができる。

本発明の照明灯具によれば、発光装置を取り付ける際に接着剤を使用する場合と比べて、組み立てが簡単、且つ、外観が綺麗である。また、発光装置のホルダーには圧入可能なリブが設けられているので、発光装置を下方向（放熱基板側）から取り付ける際にもホルダーが放熱基板から外れることがなく、ネジ締めが容易である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の発光装置の第１の実施形態を概略的に示す斜視図および分解図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）中のレンズ固定ホルダーを取り出して下面側から見て概略的に示す斜視図である。図２は、図１中の発光装置の組み立て工程を示す斜視図である。

図３（ａ），（ｂ）は、本発明の発光装置を取り付けた照明灯具の一部を概略的に示す斜視図および断面図である。図４（ａ），（ｂ）は、図１の発光装置における光源の一例を概略的に示す断面図および光源とレンズとの配置関係の一例を概略的に示す断面図である。図５は、図１の発光装置における光源から出る光線の進路を概略的に示す断面図である。図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図１の発光装置における放熱基板の一例を概略的に示す断面図、ならびに、レンズ固定ホルダーの取り付け片と放熱基板の取り付け部分の一例を概略的に示す断面図および下面図である。

本実施形態の発光装置1 は、光源6 として発光素子が用いられており、光源6 の背面側には熱伝導率の良い放熱基板4 を有し、光源6 の前面側（出射方向側）には配光制御用のレンズ3 およびこれを固定するためのレンズ固定ホルダー2 を備えている。そして、レンズ固定ホルダー2 と放熱基板4 を、ネジ8 を用いて照明灯具7 に締め付け固定（取り付け）可能な構造を有する。

光源6 は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のチップ（ダイス）9 がパッケージ10上に面実装された構造を有する。

放熱基板4 は、例えば方形の一角部がカットされて小型化された熱伝導率の良い基板が用いられており、この基板上に配線パターンおよび電極パターン42が形成されている。ここで、放熱基板4 の一対の対角部近傍には、切り欠き部として、本例では円形の周面の一部が欠損した半円形状（あるいは半長円形状でもよい）の穴11が設けられており、残りの一角部近傍には外部接続配線（例えばリード配線、図示せず）を電気的に接続するための電極パターン42が集約されて設けられている。

レンズ固定ホルダー2 は、ポリカーボネート等の耐熱性が高い合成樹脂により形成されており、光源6 の周囲を囲む筒状部20を有し、この筒状部20に上方からレンズ3 を押し込むことが可能な構造を有する。具体的には、レンズ固定ホルダー2 は、筒状部20内に上方からレンズ3 を挿入する時に、筒状部20の側方から押すことにより変形し、レンズ3 の挿入後にレンズ3 を挟持し得る程度の可撓性を有し、レンズ固定ホルダー2 とレンズ3 が相互に係合した状態で固定されていることが好ましい。これにより、レンズ固定ホルダー2 にレンズ3 を上方から押し込むだけで簡単に組み込むことが可能になる。

なお、レンズ固定ホルダー2内におけるレンズ3が回転し、レンズ3が外れてしまうのを防止するための構造を有することが好ましい。その一例として、レンズ3の外周面に部分的に溝（図示せず）を設け、この溝の底面に対接するフック（図示せず）をレンズ固定ホルダー2の筒状部20の内面に設けている。

また、レンズ固定ホルダー2 は、筒状部20の底部付近から互いに反対側の側方へ一対の取り付け片21が突出しており、一対の取り付け片21が放熱基板4 の一対の対角部と同一線上に位置する状態で放熱基板4 上に載置可能な大きさを有する。この場合、放熱基板4 およびレンズ固定ホルダー2 には、相互の位置決めを行うための構造を有することが好ましい。例えば、放熱基板4 には位置決め用の穴13が設けられ、レンズ固定ホルダー2 の底面には上記13に圧入可能な位置決め用のリブ14が設けられていることが好ましい。これにより、レンズ3 と光源6 の位置決めを正しく設定することが可能になり、ホルダー2 と放熱基板4 とを照明灯具7 へネジ締め固定する際に放熱基板4 とホルダー2 の位置決めが容易になる。

前記一対の取り付け片21は、レンズ固定ホルダー2 が放熱基板4 上に載置された場合に放熱基板4 の半円形状の穴11の周辺部を取り付け片21の突出先端部近傍で覆うとともに、放熱基板4 の半円形状の穴11に対向可能な円形状の穴22が各突出先端部近傍に設けられている。

さらに、一対の取り付け片21の各突出先端部には、レンズ固定ホルダー2 が放熱基板4上に載置された場合に、放熱基板4 の一対の対角部外側面に対向可能な一対の突起部12が下向きに突出している。この突起部12の一例は、放熱基板4 の角部外側面に沿って対向可能な断面円弧状の内面を有することが好ましい。これにより、発光装置を小さくすることができる。さらに、ネジとの隙間も小さくすることができるため、ネジ締めをさらに容易にすることができるという利点がある。

レンズ3 は、光透過率の高いアクリル等の樹脂からなり、レンズ固定ホルダー2 の内部で光源6 の上方に配設されている。また、パッケージ10上にＬＥＤチップ9 が面実装された構造を有する光源6 を用いる場合には、レンズ3 は、ＬＥＤチップ9 が照射方向前面側でレンズ下面よりレンズ内側に位置するような構造（例えば逆円錐形の先端部が凹没した形状）を有することが好ましい。これにより、光源6 からの光をレンズ3 により効率よく前方へ導き、ＬＥＤチップ9 の側面から出る光も効率よく前方へ導くように有効に利用し、所望の照度分布（範囲）に合わせて配光制御することが可能になる。

なお、レンズ固定ホルダー2 とレンズ3 は、発光装置の発光方向から見て１８０°の回転対称の構造を有することが好ましい。これにより、レンズ固定ホルダー2 とレンズ3 の回転方向（軸心回り方向）の向きが、一対の取り付け片の配置線に対して０°または１８０°のどちら側であっても、発光装置を組み立てることが可能になるので、組み立ての方向性を気にせずに容易に組み立てることが可能になる。

また、放熱基板4 とレンズ固定ホルダー2 の材質の色は、光源6 から発光される迷光を防ぐために黒であることが好ましい。

一方、照明灯具7 は、上面の一部に放熱基板4 を載置可能であり、放熱基板4 を載置した場合にレンズ固定ホルダー2 の一対の取り付け片21の穴22に対向可能な位置に一対のネジ穴が設けられている。

このような構成によれば、レンズ固定ホルダー2 の一対の取り付け片21の穴22から放熱基板4 の半円形状の穴11を介して照明灯具7 のネジ穴にネジ8 を螺入することにより、発光装置1 のレンズ固定ホルダー2 と放熱基板4 を照明灯具7 へネジ締め固定することができる。

このようにネジ締め固定する際、放熱基板4 の半円形状の穴11の周辺部をレンズ固定ホルダー2 の一対の取り付け片21の先端部近傍が覆っているので、放熱基板4 を均一な力で固定し、放熱基板4 に余計な応力がかかることを緩和することが可能になっている。

また、ネジ締め固定された状態において、放熱基板4 は均一な力で固定されているので、放熱基板4 と照明灯具7 との密着性が良く、放熱基板4 から照明灯具7 へ熱を効率良く逃がすことができる。

また、レンズ固定ホルダー2 の一対の取り付け片21の先端部近傍に設けられている穴22が円形状であるので、ネジ締め固定する際にネジ8 が倒れることを防止するように安定化させることが可能になり、発光装置1 を照明灯具7 へ取り付ける作業が容易になる。

また、レンズ固定ホルダー2 の一対の取り付け片21の先端部に突起部12が設けられているので、ネジ締め固定する際に外圧が加わった時の余計な応力がレンズ固定ホルダー2 にかかることを緩和することができる。

なお、放熱基板4 は熱伝導率の良いアルミ(Al)・銅(Au)等の金属を用いることが望ましい。このような金属の熱膨張係数は約2.32×10^-5／℃であり、レンズ固定ホルダー2 に用いられているポリカーボネート(PC)などの樹脂の熱膨張係数は約6.5 ×10^-5／℃であり、放熱基板4 とレンズ固定ホルダー2 の熱膨張係数は約３倍異なる。このように両者4 、2の熱膨張係数が異なるが、レンズ固定ホルダー2 の一対の突起部12と放熱基板4 の半円形状の穴11とが対向する部分には隙間が存在している（つまり、突起部12と半円形状の穴11とが離間している）ので、熱膨張によってレンズ固定ホルダー2 へ余計な応力がかかることを避けることができる。

なお、放熱基板4 は、上記実施形態では方形の一角部がカットされた形状を示したが、この形状に限らず、例えば円形状の基板の周面の一部に一対の取り付け用の切り欠き部が対向して形成された放熱基板を用いてもよい。

また、上記実施形態では、レンズ3 を内部に配設したレンズ固定ホルダー2 を用いたが、レンズ3 を内部に配設しないホルダーを用いるようにしてもよい。

本発明の一実施例に係る発光装置および照明灯具の組み立て工程について、図２を参照して説明する。まず、放熱基板4 の上に光源6 を実装する。一方、レンズ固定ホルダー2の上からレンズ3 を押し込む。次に、レンズ固定ホルダー2 の位置決め用のリブ14を放熱基板4 の穴13に圧入して固定させる。

このようにして得られた発光装置1 のレンズ固定ホルダー2 および放熱基板4 を、図３に示すようにネジ8 によって照明灯具7 に共締めすることにより、発光装置1 を照明灯具7 に均一な力で固定することができる。

本発明は前述した実施の形態および実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

本発明は、一般的な照明灯具、特殊な照明灯具などに利用可能である。

本発明の発光装置の第１の実施形態を概略的に示す斜視図および分解図、ならびにレンズ固定ホルダーを取り出して下面側から見て概略的に示す斜視図。図１の発光装置の組み立て工程を示す斜視図。本発明の発光装置を取り付けた照明灯具の一部を概略的に示す斜視図および断面図。図１の発光装置における光源の一例を概略的に示す断面図および光源とレンズとの配置関係の一例を概略的に示す断面図。図１の発光装置における光源から出る光線の進路を概略的に示す断面図。図１の発光装置における放熱基板の一例を概略的に示す断面図およびレンズ固定ホルダーの取り付け片と放熱基板の取り付け部分の一例を概略的に示す断面図および下面図。

符号の説明

1 …発光装置、2 …レンズ固定ホルダー、3 …レンズ、4 …放熱基板、6 …光源、7 …照明灯具、8 …ネジ、9 …ＬＥＤチップ、10…パッケージ、11…放熱基板取り付け用の穴、12…突起部、13…位置決め用の穴、14…位置決め用のリブ、20…筒状部、21…取り付け片、22…取り付け片の穴、42…電極パターン。

Claims

発光素子を用いた光源と、
上面の一部に前記光源が載置され、周面の一部に一対の取り付け用の切り欠き部が対向して形成された放熱基板と、
前記放熱基板上に載置され、前記光源の周囲を囲む筒状部を有するホルダーと、
を具備し、
前記ホルダーの筒状部の外側面から互いに反対側の側方へ突出し、前記放熱基板の切り欠き部の周辺部を覆うように対向可能な部分を有する一対の取り付け片が設けられており、
前記取り付け片には、前記切り欠き部に対向可能な円形状の穴が形成されるとともに前記切り欠き部の外側面に対向可能な一対の突起部が下向きに設けられており、
前記一対の取り付け片の穴と前記一対の切り欠き部とが同一線上に位置する向きとなるように前記ホルダーが前記放熱基板上に載置された場合に、前記取り付け片が前記切欠き部の周辺部を覆うとともに、前記突起部が前記切り欠き部の外側面に対向する状態となることを特徴とする発光装置。
前記放熱基板および前記ホルダーには、相互の位置決めを行うための穴および該穴に圧入可能なリブが設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記ホルダーは、前記発光装置の発光方向側からみて、180 °の回転対称の構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記ホルダーは、可撓性を有する合成樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発光装置。
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の発光装置において、さらに、前記ホルダーの筒状部の内側にレンズを有しており、
前記光源は、発光素子チップがパッケージ上に面実装された構造を有し、
前記レンズは、前記光源の上方に配設されており、かつ、前記光源の発光素子チップがレンズ下面よりレンズ内側に位置するような構造を有することを特徴とする発光装置。
前記突起部は、前記放熱基板の切り欠き部の外側面に沿って対向可能な断面円弧状の内面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発光装置。
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の発光装置の前記ホルダーが前記放熱基板上に載置された状態で、前記ホルダーの取り付け片の穴および前記放熱基板の切り欠き部がネジにより共締め固定されていることを特徴とする照明灯具。