JP5158734B2 - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、光源にＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたＬＥＤ照明器具に関するものである。

現在、市場には省エネルギー化、長寿命化を目的として光源にＬＥＤを用いた照明器具が多数提供されてきている。

本発明はＬＥＤからの熱を放熱する放熱フィンの放熱を向上させることを目的としたＬＥＤ照明器具を提供するものである。

そこで、本発明の請求項１のＬＥＤ照明器具では、光源用の複数の発光ダイオード４２と、前記複数の発光ダイオード４２を実装した基板４０と、前記基板４０を下面側に配設したケーシング２０と、前記ケーシング２０の外周面に放射状に所定の間隔毎に該ケーシング２０と一体に設けた複数の平板状の放熱フィン２３とを備えているＬＥＤ照明器具において、
前記放熱フィン２３の径方向における外縁部の下部の外径は、前記ケーシング２０の下部の外径より大きく形成されており、
前記ケーシング２０の下部の外周面より外側に放熱用の空気が流通可能とした通口６３を形成し、
前記各放熱フィン２３の下端部の外縁部と、リング状のリング２４とがそれぞれ一体に連結されており、前記リング２４の内縁側を前記通口６３とし、
前記リング２４を平板にて構成していることを特徴としている。

請求項２のＬＥＤ照明器具では、前記ケーシング２０と前記放熱フィン２３とからなるケース本体１９をマグネシウムで形成していることを特徴としている。

本発明の請求項１のＬＥＤ照明器具によれば、前記放熱フィン２３の径方向における外縁部の下部の外径は、前記ケーシング２０の下部の外径より大きく形成されており、前記ケーシング２０の下部の外周面より外側に放熱用の空気が流通可能とした通口６３を形成しているので、下方から前記通口６３を介して空気が流入して放熱フィン２３の放熱を向上させることができる。
また、前記各放熱フィン２３の下端部の外縁部と、リング状のリング２４とがそれぞれ連結されており、前記リング２４の内縁側を前記通口６３としているので、下方から前記通口６３を介して空気が流入して放熱フィン２３の放熱を向上させることができる。また、リング２４により各放熱フィン２３の剛性を維持させることができる。
さらに、前記リング２４を平板にて構成しているので、放熱フィン２３だけの場合と比べて該リング２４の平面部分の分だけ放熱面積を増加させることができ、放熱効果を一層向上させることができる。

請求項２に記載のＬＥＤ照明器具によれば、前記ケーシング２０と前記放熱フィン２３とからなるケース本体１９をマグネシウムで形成しているので、ケーシング２０と放熱フィン２３とで熱拡散が行なわれ、熱を従来以上の放熱特性で、しかも軽量化を実現させることができる。

本発明の実施の形態における照明器具本体の断面図である。 本発明の実施の形態における照明器具本体の底面図である。 本発明の実施の形態におけるケース本体の平面図である。 本発明の実施の形態における図３のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態におけるケース本体の底面図である。 本発明の実施の形態におけるＬＥＤアルミ基板の底面図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態におけるヒートシンクの平面図及び断面図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態におけるレンズ本体の底面図及び断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態におけるレンズ押さえの平面図であり、（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態におけるレンズ押さえの底面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態における絞り角を変えた場合のレンズ本体の断面図である。 本発明の実施の形態における電源ユニットのブロック図である。 本発明の実施の形態におけるＡＣ入力部の具体回路図である。 本発明の実施の形態におけるＤＣコンバータ回路の具体回路図である。 本発明の実施の形態における出力電流制御回路、フィードバック回路及び雰囲気温度検知回路の具体回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、光源に多数のＬＥＤを用いた照明器具本体１の断面図を示し、図２は該照明器具本体１の底面図を示している。
この照明器具本体１の外殻は、図１に示すように、上端に口金１１を設けた略円筒状の筒体１０と、この筒体１０の下部に連結固定されて、略円筒状のケーシング２０の外周面に複数枚の放熱フィン２３を備えたケース本体１９とで構成されている。上記筒体１０は下面が開口し、下方に至るほど若干拡開しており、樹脂製としている。

上記ケース本体１９のケーシング２０は、上下面が開口し、下部に至るほど若干拡開し、ケーシング２０の上部の内側には連結部２１が一体に形成されており、この連結部２１にはねじ穴２２が螺刻されている。一方、上記筒体１０の下部の外側には取付片１２が一体に形成されていて、筒体１０をケーシング２０の下方から上方へ挿入し、Ｏリング２を介して連結部２１の下面と取付片１２の上面を当接する。そして、筒体１０の取付片１２に穿孔した穴を介してネジ３を挿通し、該ネジ３を上記連結部２１のねじ穴２２に螺着することで、ケーシング２０が筒体１０の下端側に連結固定される。

次に、ケース本体１９の構成について説明する。図３はケース本体１９の平面図を示し、図４は図３のＡ−Ａ断面図を、図５はケース本体１９の底面図をそれぞれ示している。ケース本体１９を構成している略円筒状のケーシング２０の外周面には、複数の放熱フィン２３が放射状に一定の間隔で該ケーシング２０と一体に形成されている。また、各放熱フィン２３の下端部の外縁部とそれぞれ一体に連結する形でリング２４が形成されており、このリング２４と各放熱フィン２３の下端外縁部とが連結していることで、各放熱フィン２３の剛性を維持している。
なお、本実施形態では放熱フィン２３の枚数を１６枚としているが、放熱フィン２３の枚数は任意の枚数に設定できるものである。

ここで、隣接する放熱フィン２３と放熱フィン２３との間の空間部分と空間部６２とし、ケーシング２０の外縁部とリング２４の内縁部との間の上下に開口した開口部分を空気が流入可能な通口６３とする。

図１に示すように、ケーシング２０内の上部にはＬＥＤを点灯させるための基板からなる電源ユニット２５が配置されており、この電源ユニット２５の入力側と口金１１との間に一対の電源線２６が接続され、該電源線２６により口金１１から商用電源が電源ユニット２５に供給される。また、電源ユニット２５からはＬＥＤ側と接続されるリード線２７が導出されている。

また、図１及び図４に示すように、ケーシング２０の下端周縁にはリング状の鍔部３０が一体に外方へ延出形成されており、この鍔部３０の下面側に後述するＬＥＤ４２を実装したＬＥＤアルミ基板４０、ヒートシンク（放熱板）５０、カバー６０、レンズ本体７０等が取り付けられるようになっている。

図６はＬＥＤアルミ基板４０の底面図を示しており、このＬＥＤアルミ基板４０は、ＬＥＤの放熱を良くするために基板の材料をアルミとし、このアルミ基板の下面に絶縁層を介して略渦巻き状の電極パターン４１を形成している。
そして、この電極パターン４１上に複数のＬＥＤ４２が実装されており、各ＬＥＤ４２は電気回路的には直列に接続した構成となっている。なお、本実施形態では、ＬＥＤ４２の数は３０個としているが、用途や容量に応じて任意に設定できるものである。

また、このＬＥＤアルミ基板４０の縁部の１カ所には、上記ケーシング２０の下面開口部に取り付ける際の位置決め用の凹所４３が形成されている。この位置決め用の凹所４３と対応した位置決め用のリブ３１が図５に示すように、ケーシング２０の鍔部３０の下面側に内方に向けて突設されている。
さらに、ＬＥＤアルミ基板４０の中央部分には、電源ユニット２５からのリード線２７の先端部分が挿通して電極パターン４１に接続するための穴４４が穿孔されている。

また、ＬＥＤアルミ基板４０の周縁部には一定の間隔で切欠部４５が切り欠いて形成されている。この切欠部４５は、外側が開放されていて、略Ｕ字状に形成され、ＬＥＤアルミ基板４０をケーシング２０の下面に取り付けるためのネジ４６（図１参照）を挿通させるためのものである。

図７はアルミニウム製のヒートシンク５０を示し、図７（ａ）はヒートシンク５０の平面図を、図７（ｂ）はヒートシンク５０の断面図をそれぞれ示している。このヒートシンク５０は上記ＬＥＤアルミ基板４０の熱を拡散するためのものであり、図１に示すように、ＬＥＤアルミ基板４０の上面に該ヒートシンク５０を密着させて放熱を行なうものである。

そして、このヒートシンク５０はＬＥＤアルミ基板４０と同様の形状に形成されており、ヒートシンク５０の縁部には、ＬＥＤアルミ基板４０の凹所４３と同様に位置決め用の凹所５１が形成されている。
また、ヒートシンク５０の中央部分にはリード線２７を挿通させる穴５２が穿孔されていて、ヒートシンク５０の周縁部にはＬＥＤアルミ基板４０の切欠部４５と同じ機能を持たせたネジ４６を挿通させる切欠部５３が切り欠き形成されている。

ＬＥＤアルミ基板４０の上面にヒートシンク５０を載置し、上下の凹所４３、５１と各切欠部４５、５３とを合わせ、ＬＥＤアルミ基板４０とヒートシンク５０とをケーシング２０の鍔部３０の下面に位置させ、上下の凹所４３、５１にケーシング２０の位置決め用のリブ３１を入れる。
そして、下方からネジ４６を上下の切欠部４５、５３を介して鍔部３０の下面に形成したねじ穴３２に螺着することで、ＬＥＤアルミ基板４０及びヒートシンク５０がケーシング２０の鍔部３０の下面に取り付け固定されることになる。

ところで、ＬＥＤ照明の大型化を図る場合に、光源として多数のＬＥＤを使用するために、ＬＥＤからの発熱を如何に放熱するかが課題になる。従来では、アルミニウム又はアルミニウム合金で放熱構造を形成していたが、その重量・容積が大型化を阻害していた。
そこで、本実施形態では、ＬＥＤ４２の周辺部の構成材（ＬＥＤアルミ基板４０）に熱伝導性の良いアルミニウムを用い、これに繋がる放熱用部材としてのケース本体１９に熱伝播性・熱伝達性の良いマグネシウムを用いる構成としている。

すなわち、ＬＥＤ４２を実装する基板としてＬＥＤアルミ基板４０を用い、このＬＥＤアルミ基板４０の上面にアルミニウム製のヒートシンク５０を設けて放熱作用を促進させている。さらに、ケーシング２０と放熱フィン２３からなるケース本体１９の材料をマグネシウムで形成し、ケーシング２０と放熱フィン２３とで熱拡散を行なわしめることで、ヒートシンク５０からの熱を従来以上の放熱特性で、しかも軽量化を実現させることができた。
このように、ケーシング２０の外周面に複数枚の放熱フィン２３を設けていることで、放熱面積を増やすことができ、そのため、多数のＬＥＤ４２を用いて大型化を図ることができる。

ケーシング２０の鍔部３０の下部の下面を取付面３３とし（図４参照）、この取付面３３に図１に示すように、透光性、例えば透明で円板状のカバー６０がＯリング４を介して接着固定される。このカバー６０をケーシング２０の鍔部３０の下面の取付面３３に配置することで、ＬＥＤアルミ基板４０を納装し、且つ密閉した状態となり、防湿、防塵の機能を付与することができ、また、カバー６０によりＬＥＤアルミ基板４０のＬＥＤ４２に直接接触するのを防止でき、接触によるＬＥＤ４２の損傷等を防ぐことができる。

なお、カバー６０を配置していることで、後述するレンズ本体７０を使用しなくても、レンズ本体７０無しのＬＥＤ照明器具としてそのまま使用することができる。

次に、ＬＥＤ４２からの光線の絞り角を容易に変更可能としたレンズ本体７０について説明する。図８は透明でアクリル樹脂で形成したレンズ本体７０を示し、図８（ａ）はレンズ本体７０の底面図を、図８（ｂ）はレンズ本体７０の断面図をそれぞれ示している。
レンズ本体７０の下面には略半球状のレンズ部７１がＬＥＤアルミ基板４０のＬＥＤ４２の位置に対応させて、ＬＥＤ４２の数だけ形成されている。また、レンズ本体７０の縁部には、位置決め用のリブ７２が外方に向けて一体に形成されている。

このレンズ本体７０は、図１に示すように、カバー６０の下面に当接して配置されるものであり、レンズ本体７０は図１、図９及び図１０に示すレンズ押さえ８０によりケーシング２０の鍔部３０の下面に装着されるようになっている。
図９（ａ）はレンズ押さえ８０の平面図を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図を示し、図１０はレンズ押さえ８０の底面図を示している。

レンズ押さえ８０は図９に示すように、略リング状に形成されており、レンズ本体７０の各レンズ部７１を露出させるための大きな開口部８１が穿設されている。レンズ押さえ８０の下部のリング状の部分をレンズ本体７０を支持固定する支持部８４としている。
また、レンズ押さえ８０の周縁部は断面が略コ字型に形成されていて、一定の間隔でもってねじ穴８２が螺刻されている。また、レンズ押さえ８０の周縁部の内側には、レンズ本体７０のリブ７２が嵌入される位置決め用の凹所８３が形成されている。

また、図１及び図５に示すように、上記ねじ穴８２に螺着するネジ５を挿通させる穴３４がケーシング２０の鍔部３０にねじ穴８２に対応させた位置に穿設されている。

しかして、レンズ本体７０のレンズ部７１をレンズ押さえ８０の開口部８１に挿通させ、レンズ押さえ８０の支持部８４の上面にてレンズ本体７０の周縁部を支持し、ケーシング２０の鍔部３０の上方からネジ５を穴３４を介してレンズ押さえ８０のねじ穴８２に螺着することで、レンズ本体７０をケーシング２０の下面側に容易に装着することができる。

各ＬＥＤ４２からの光線はレンズ本体７０の各レンズ部７１を介して下方に照射されるものであり、この照射における拡散角度は、該レンズ部７１の曲率に応じて適宜絞られて、照射されることになる。

図１１は光線の絞り角を変えた場合のレンズ本体７０を示し、図１１（ａ）は図８（ｂ）の場合と同様であり、このレンズ本体７０では各レンズ部７１の曲率が大きく照射角度が狭く設定されている。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）と比べてレンズ部７１の曲率を小さくして、（ａ）の場合よりも照射角度を広くした場合である。また、（ｃ）はさらに曲率を小さくして、ＬＥＤ４２からの光線の照射角度を広くした場合である。

図１１の場合では絞り角を３種類としたが、さらに多くの絞り角を得るべく多くのレンズ本体７０を予め用意するようにしても良い。かかる場合、ネジ５を緩めてレンズ押さえ８０とレンズ本体７０とをケーシング２０から取り外し、別の絞り角のレンズ部７１を有するレンズ本体７０のみを交換するだけで良く、そのため、用途によって容易に絞り角を変更することができる。

ところで、ＬＥＤ照明器具を異常環境下、例えば異常に雰囲気温度が上昇した場合、電子部品の損傷などを防止するために、ＬＥＤに通電を停止して電源をシャットダウンする機能を搭載するのが従来の方法であった。
かかる場合、ＬＥＤ照明器具の使用者にとっては、何が原因でＬＥＤが消灯したのか分からず、使用者に不安感を与えてしまうことになる。

そこで、本実施形態では、電源ユニット２５に雰囲気の温度を検知する温度検知機能と、温度異常上昇を検知した場合に、従来のようにＬＥＤ４２への通電を停止せずに徐々にパワーダウンさせる制御機能を搭載することによって、異常環境下においても最低限の照度をもたらし、ＬＥＤ照明器具の使用者に不安感を与えないようにしている。

図１２は電源ユニット２５のブロック図を示し、入力側の端子Ｔ１、Ｔ２に口金１１を介してＡＣ１００Ｖの電源が供給され、また、出力側の端子Ｔ３、Ｔ４からの電力にてＬＥＤアルミ基板４０に実装されているＬＥＤ４２を点灯駆動するようになっている。
ここで、ＬＥＤアルミ基板４０に実装され、直列に接続されているＬＥＤ４２を説明の便宜上ＬＥＤユニット４７と称する。すなわち、電気回路的に複数個（本実施形態では３０個）のＬＥＤ４２が直列に接続されている回路部分をＬＥＤユニット４７としている。

図１２に示すように、電源ユニット２５は、商用電源が入力されるＡＣ入力部９０と、このＡＣ入力部９０からの電源により駆動されるＤＣコンバータ回路９１と、このＤＣコンバータ回路９１からの出力により通常時はＬＥＤユニット４７を定電流駆動し、異常時にはＬＥＤユニット４７に流れる電流を制限する出力電流制御回路９２と、電源ユニット２５内の雰囲気温度を検知する雰囲気温度検知回路９３と、この雰囲気温度検知回路９３にて雰囲気温度の異常上昇を検知した場合にその信号をＤＣコンバータ回路９１にフィードバックして出力電流制御回路９２の出力電力をパワーダウンさせるフィードバック回路９４等を備えている。

図１３はＡＣ入力部９０の具体回路図を示し、印加されるＡＣ１００ＶはダイオードブリッジＤＢで全波整流され、コンデンサＣ１で平滑されて、端子ａ、ｂから直流電圧が出力される。
図１４はＤＣコンバータ回路９１の具体回路図を示し、発振用のトランスＬ１、スイッチング素子Ｑ１、制御端子である１ピンの信号によって電力調整（フィードバック）するＩＣ１等から構成されている。なお、図１３の端子ａ、ｂと、図１４の端子ａ、ｂとは同じ記号同士が接続されることを意味している。

図１５は、出力電流制御回路９２、雰囲気温度検知回路９３及びフィードバック回路９４の具体回路図を示し、上記と同様に記号ｃ〜ｇはそれぞれ接続されるものである。出力電流制御回路９２は、ＩＣ２、トランスＬ２などで構成され、トランスＬ２の出力側からは、端子Ｔ３、Ｔ４を介してＬＥＤユニット４７へ定電流を流すようになっている。
また、雰囲気温度検知回路９３は、トランジスタＱ３、雰囲気温度を検知するサーミスタＴＨなどで構成され、フィードバック回路９４は、フォトカップラＰＣ１などで構成されている。

次に、温度異常上昇を検知した場合に、ＬＥＤ４２への通電を停止せずに徐々にパワーダウンさせる制御動作について説明する。先ず、図１５において、雰囲気温度が上昇すると、サーミスタＴＨの抵抗値が低くなり、その結果トランジスタＱ３がオンする。このトランジスタＱ３がオンすることで、フォトカップラＰＣ１の発光ダイオードに流れる電流値が増える。その結果、フォトカップラＰＣ１の受光側のフォトトランジスタのインピーダンスが下がる。

フォトカップラＰＣ１のフォトトランジスタのインピーダンスが下がると、図１４に示すトランジスタＱ２のコレクタ電流が少なくなる。これにより、トランジスタＱ２のコレクタ電位が上昇して、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との中間電位が上昇し、その結果、ＩＣ１の１ピンの電圧が増える。
このＩＣ１の１ピンの電圧が上がると、ＩＣ１の出力端子である７ピンからは、スイッチング素子Ｑ１のオン時間を減らす方向に信号を出力する。その結果、ダイオードＤ３と図１５に示す抵抗Ｒ３間の電圧が落ちる。

そうすると、トランスＬ２を介して端子Ｔ３の出力電圧が低下する。その結果、端子Ｔ３から出力されてＬＥＤユニット４７を駆動する出力電流も低下し、パワーダウンする。これにより、雰囲気温度が上昇してもＬＥＤユニット４７への通電を停止せずに、出力電流を低下させて異常環境下においても最低限の照度を維持するようにしている。

すなわち、電源ユニット２５内の雰囲気温度が上昇し、サーミスタＴＨの抵抗値が低くなると、ＬＥＤユニット４７に供給される出力電力がダウンする。そして、出力ダウンすると発熱量が減り、雰囲気温度が下がるので、今度はサーミスタＴＨの抵抗値が高くなり、上述の動作とは逆の制御動作により出力アップすることになる。

このように、電源ユニット２５で温度異常上昇を検知した場合に、従来のようにＬＥＤ４２への通電を停止せずに徐々にパワーダウンさせる制御を行なうことで、雰囲気温度が上昇した異常環境下においても最低限の照度をもたらし、ＬＥＤ照明器具の使用者に不安感を与えないようにしている。また、同時に電子部品の損傷も防止することができる。

なお、本ＬＥＤ照明器具に供給される電源電圧として、図示例としては、ＡＣ１００Ｖとしているが、ＡＣ１００Ｖ以外にＡＣ２００ＶやＡＣ２２０Ｖの場合も適用される。

１９ ケース本体
２０ ケーシング
２３ 放熱フィン
６２ 空間部
６３ 通口

Claims (2)

1. 光源用の複数の発光ダイオード（４２）と、前記複数の発光ダイオード（４２）を実装した基板（４０）と、前記基板（４０）を下面側に配設したケーシング（２０）と、前記ケーシング（２０）の外周面に放射状に所定の間隔毎に該ケーシング（２０）と一体に設けた複数の平板状の放熱フィン（２３）とを備えているＬＥＤ照明器具において、
   前記放熱フィン（２３）の径方向における外縁部の下部の外径は、前記ケーシング（２０）の下部の外径より大きく形成されており、
   前記ケーシング（２０）の下部の外周面より外側に放熱用の空気が流通可能とした通口（６３）を形成し、
   前記各放熱フィン（２３）の下端部の外縁部と、リング状のリング（２４）とがそれぞれ一体に連結されており、前記リング（２４）の内縁側を前記通口（６３）とし、
   前記リング（２４）を平板にて構成していることを特徴とするＬＥＤ照明器具。
2. 前記ケーシング（２０）と前記放熱フィン（２３）とからなるケース本体（１９）をマグネシウムで形成していることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。

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