JP5185660B2 - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Description

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

従来、ＬＥＤ照明器具においては、図９に示すように、ＬＥＤ発光部Ａを収めた照明器具筐体８と、ＬＥＤ６を発光するために出力を与える直流電源ユニットＢとは別に配置される場合が多かった。この場合、現場において直流電源ユニットＢを取り付けてから照明器具筐体８を取り付けて、両者をコネクタ１８で接続するという作業が必要となり、直流電源ユニットＢとＬＥＤ発光部Ａが一体となった照明器具の場合よりも取り付け作業の時間が長く掛かっていた。

一方、図１０に示すように、直流電源ユニットＢとＬＥＤ発光部Ａとが照明器具筐体８内に収められる器具一体型においては、器具内に取り付けられるＬＥＤ発光部Ａに放熱板１１を必要としていた。これはＬＥＤ６から発生する熱を放熱することでＬＥＤ６の温度を下げ、光出力を上げるためである。この場合、リード線９を短くするためには、図１０に示すように、直流電源ユニットＢをＬＥＤ発光部Ａに近接して配置する必要があり、さらにＬＥＤ発光部Ａのプリント基板７に対し、直流電源ユニットＢのプリント基板１を同じ方向に配置すると、器具内の対流を妨げることになり、ＬＥＤ６の放熱が阻害される要因となっていた。

また、ＬＥＤとは異なるが、蛍光ランプを用いた照明器具において、図１１に示す特許文献１（特開２０００−６７６３３号公報）に開示されているように、蛍光ランプから発する熱がプリント基板周辺にて蓄積されるので、放熱性向上のために器具前面に対してプリント基板を垂直に配置する構造が提案されている。図１１において、３０は天井面、ＦＬ１，ＦＬ２は丸型蛍光ランプ、Ｓ１，Ｓ２はランプソケット、３１，３２はランプ支持ばね、３３はグローブ受け金具、４１はブロック取付台、４２は電子点灯回路のプリント基板である。
特開２０００−６７６３３号公報

従来のＬＥＤ発光部と直流電源ユニットのプリント基板を同じ方向に取り付ける器具一体型の構造（図１０）では、先に述べたように器具内での放熱の対流が妨げられることになり、所定の放熱を得るためにはＬＥＤ照明器具を大きくしなければならなくなる。また、ＬＥＤ照明器具では必ずＬＥＤが搭載されているプリント基板を非充電金属部もしくは絶縁性放熱材により放熱させる必要があるので、特許文献１に開示されている蛍光ランプを用いた照明器具のように構成することはできない。つまり蛍光ランプにおいては照明器具と接触させると雑音等のレべルが上がる可能性がある。

本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ発光部とその点灯回路部のプリント基板の配置を考慮することによって放熱性を改善することを課題とする。

請求項１の発明は、上記の課題を解決するために、図１に示すように、第１のプリント基板１上に実装配置された電子部品２〜５を含んでなる電子点灯回路（直流電源ユニットＢ）と、前記電子点灯回路の出力により発光するＬＥＤ６を第２のプリント基板７上に実装配置されたＬＥＤ発光部Ａとを器具筐体８内に備え、前記器具筐体８を天井もしくは壁に埋め込まれて配置されるＬＥＤ照明器具であって、第１のプリント基板１と第２のプリント基板７が略垂直に配置されて前記器具筐体８内に収められており、第１及び第２のプリント基板１，７を収める器具筐体８に備えられた非充電部の蓋８’に第１のプリント基板１を取り付けることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、第１のプリント基板１と第２のプリント基板７の間には両者を接続する導電物９があり、この導電物９を通す穴１０以外に穴がない非充電部である部材（放熱板１１）で第１のプリント基板１と第２のプリント基板７の間は遮蔽されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、第１のプリント基板１に搭載される電子部品は容量性の有寿命部品２を含み、前記容量性の有寿命部品２は器具筐体８の取付状態において前記器具筐体８の中心（鎖線ｘ）よりも上方に配置されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記器具筐体８を天井もしくは壁に埋め込むための取付穴の大きさがφ１００以下となるように前記器具筐体８を形成することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第１のプリント基板が器具筐体内の対流を妨げることがなく、ＬＥＤの発熱が効率良く器具筐体から放熱されるから、ＬＥＤの温度上昇を抑制でき、効率良く点灯できると共に、長寿命のＬＥＤ照明器具を提供できる。また、第１のプリント基板のがたつきを防止できる。

請求項２の発明によれば、第１のプリント基板上に実装配置された電子部品が第２のプリント基板上に実装配置されたＬＥＤの発熱による影響を受けにくく、長寿命のＬＥＤ照明器具を提供できる。

請求項３の発明によれば、容量性の有寿命部品がＬＥＤの発熱による影響を受けにくく、長寿命のＬＥＤ照明器具を提供できる。

請求項４の発明によれば、コンパクトで取り付け容易でありながら長寿命のＬＥＤ照明器具を提供できる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るＬＥＤ照明器具の実装構造の一例を示す縦断面図であり、図２はその横断面図である。図１の鎖線ｚで示す器具中心軸は、図２の鎖線ｘ，ｙで示す器具中央線の交点を通るものとする。器具筐体８は、下端開放された金属製の円筒体よりなり、下端開放部は光拡散板１２で覆われている。この光拡散板１２に対向するように、ＬＥＤ発光部Ａが配置されている。

図３はＬＥＤ発光部Ａを光拡散板１２の側から見た正面図である。円形のプリント基板７には、４個のＬＥＤ６ａ〜６ｄが搭載されており、ＬＥＤ６ａからＬＥＤ６ｄまでがアノードからカソードに直列につながれる構成（図５参照）となっている。１３は電源入力部であり、プリント基板７に形成された貫通孔（ビア）を介して裏面のリード線９に接続され、ＬＥＤ６ａのアノード側にはプラス、ＬＥＤ６ｄのカソード側にはマイナスの電圧が印加されることにより、各ＬＥＤ６ａ〜６ｄが発光する。ＬＥＤ６ａ〜６ｄの順方向電圧Ｖｆの合計以上の電圧が印加されると、流れる電流の値に応じてＬＥＤから光束を得ることが出来る。順方向電圧Ｖｆは通常略３．５Ｖのため、４個直列に接続するのであれば、４×３．５Ｖ以上の直流電圧において点灯させることが出来る。

このＬＥＤ発光部Ａは、図１に示すように、器具筐体８内において放熱板１１に接触するように設置されており、ＬＥＤ６の発生する熱を器具筐体８に逃がすようになっている。また、ＬＥＤ発光部Ａと直流電源ユニットＢは、この放熱板１１に設けられた穴１０を介して、リード線９で接続されている。放熱板１１はアルミ板や銅板のような金属板であり、放熱効果と遮蔽効果を兼ねている。放熱板１１は器具筐体８に電気的に接続されてアースされるが、リード線９のプラス側ならびにマイナス側とは電気的に分離された非充電部となっている。

直流電源ユニットＢは、アルミ電解コンデンサやフィルムコンデンサのような容量性の有寿命部品２、電力変換用のトランス３、半導体スイッチング素子４、出力コネクタ５などの各種電子部品を備えており、これらの電子部品をプリント基板１上に実装配置されている。このプリント基板１は、図１、図２のように、器具内の放熱板１１に対し、縦に挿入する。つまり、ＬＥＤ発光部Ａのプリント基板７に対し、略垂直に設置されるようになっている。

このとき、直流電源ユニットＢのプリント基板１は、好ましくは図４に示すように、プリント基板１上に実装された部品の高さをｈとすると、略半分の高さ（ｈ／２）を通る線分を図２に示す器具の外周の略中心線（鎖線ｘ）に合わせる位置に設置すると良い。

直流電源ユニットＢのプリント基板１には、器具筐体８に設けられた金属蓋８’へ取り付けることができるように切り欠き部１ａ，１ｂを設けてある。金属蓋８’には切り欠き部１ａ，１ｂが取り付けられるように開口部が開いており、両者が嵌合することによりプリント基板１が外れないようになっている。また、器具筐体８の放熱板１１側（金属蓋８’とは逆側）にもプリント基板１を取り付けるように器具筐体８の内側に突起溝８ａ，８ｂを設けている。このように、直流電源ユニットＢのプリント基板１の上方、下方に取り付け部１ａ，１ｂ；８ａ，８ｂを設けることにより、プリント基板１のがたつきを防止し、プリント基板１および直流電源ユニットＢの充電部が器具筐体８等の非充電金属部に接触することを防ぐことができる。

器具筐体８は天井もしくは壁に埋め込まれて配置される。取付穴の大きさは、例えばφ１００以下である。なお、器具筐体８を壁に埋め込む場合には、例えば、図２の鎖線ｘが鉛直方向となるように配置すれば、プリント基板１が器具筐体内の対流を妨げることはない。

本実施形態の実装構造（図１、図２）を用いれば、対流による放熱効果が良好となる。また、輻射熱による放熱効果も良好となる。すなわち、図１０の従来例では、放熱板１１からの輻射熱が器具筐体８の天板に直接到達することをプリント基板１が妨げていたが、本実施形態では、器具筐体８の天板側から放熱板１１を見ると、図２のように見えることになり、プリント基板１が放熱板１１に対して略垂直に配置されていることで、放熱板１１からの輻射熱はプリント基板１に殆ど捕捉されることなく、器具筐体８の天板に直接到達し、放熱されることになる。

このように、ＬＥＤ照明器具内でＬＥＤ発光部Ａと直流電源ユニットＢの配置を考慮することで、ＬＥＤ照明器具内の対流による熱伝導、並びに輻射熱による熱伝導が従来例（図１０）に比べて阻害されにくくなり、ＬＥＤの放熱効果を大きくできる。

（実施形態２）
この実施形態でも図１を用いて説明する。この実施形態では直流電源ユニットＢに配置するアルミ電解コンデンサ２をＬＥＤ照明器具内に配置する場合において、器具筐体８の取り付け状態において、器具筐体８の中心部（図１の鎖線ｘ）よりも上方に配置している。これはＬＥＤ発光部ＡのＬＥＤ６から発生する熱に最も影響される部分は器具筐体８内の放熱板１１であり、その部分から徐々に温度が低下し、器具筐体８の上面部分においては、ほとんど周囲温度に近くなる。そのため、図１に示す器具筐体８の中心部（鎖線ｘ）よりも上方にアルミ電解コンデンサ２を配置することにより、その部品温度を低くでき、アルミ電解コンデンサ２の寿命を長くすることができる。

この点については本発明者らが実験的に確認しており、表１にその温度測定の結果を示す。表１では、アルミ電解コンデンサ２と半導体スイッチング素子４が図１に示したような位置に配置された直流電源ユニットを用いている。

表１では、アルミ電解コンデンサ２が図１の鎖線ｘよりも上方に配置されている場合（表１−Ａ）と下方に配置されている場合（表１−Ｂ）の素子温度（℃）の比較結果を示している。この比較結果から、やはりアルミ電解コンデンサ２が図１の鎖線ｘよりも上方に配置されている場合（表１−Ａ）の方が素子温度が低くなっていることが分かる。表１−Ｂの場合でも半導体スイッチング素子４の素子温度が低くなっていることから発熱体にもかかわらず、器具筐体の上面に配置した方が良いことが分かる。

（実施形態３）
本実施形態では、図５の回路図により、直流電源ユニットＢの回路構成を説明する。直流電源ユニットＢの出力コネクタＣＯＮ２とＬＥＤ発光部Ａは一対のリード線９で接続されている。直流電源ユニットＢの入力コネクタＣＯＮ１は、商用電源Ｖｓからの交流電源電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）に接続される。

商用電源Ｖｓに直流電源ユニットＢの入力フィルタ部２０が接続される。入力フィルタ部２０はヒューズＦＵＳＥ、コンデンサＣ１、ラインフィルタＬＦからなり、商用電源Ｖｓの一端にヒューズＦＵＳＥが直列接続され、商用電源Ｖｓの他端とヒューズＦＵＳＥの出力端と並列にコンデンサＣ１、ラインフィルタＬＦが接続される。

入力フィルタ部２０の出力には整流素子ＤＢ２とコンデンサＣ２が並列接続され、コンデンサＣ２と並列にトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１の直列回路が接続されている。スイッチング素子Ｑ１の両端には並列にコンデンサＣ４が接続されている。トランスＴ１の２次巻線側には高電位側にダイオードＤ１が接続され、コンデンサＣ３、出力コネクタＣＯＮ２がダイオードＤ１を介して並列に接続されており、出力コネクタＣＯＮ２の低電位側とコンデンサＣ３の負極の間には出力電流Ｉｏを電圧値に変換する抵抗器Ｒ１が接続されている。

第１の制御回路２１はトランスＴ１の１次側に設けられ、フィードバック端子ＦＢからの入力値によりスイッチング素子Ｑ１のスイッチング信号を出力している。また、第２の制御回路２２はトランスＴ１の２次側に設けられ、出力電流Ｉｏを抵抗器Ｒ１により電圧に変換した値を入力とし、フィードバック信号を生成している。この第２の制御回路２０の出力にはフォトカプラＰＣ１の発光素子が接続され、そのフォトカプラＰＣ１の受光素子には第１の制御回路２１のフィードバック入力端子ＦＢが接続されている。

トランスＴ１の１次側のコンデンサＣ２、２次側のコンデンサＣ３はいずれもアルミ電解コンデンサである。また、図示を省略しているが、第１の制御回路２１、第２の制御回路２２の制御電圧Ｖｃｃをそれぞれ平滑化するコンデンサが使用されており、これらはアルミ電解コンデンサのような有寿命部品である。アルミ電解コンデンサは温度が上昇すると寿命が短くなることが知られている。

以下、回路動作について説明する。この直流電源ユニットＢは、いわゆるフライバック型の直流電源装置であり、スイッチング素子Ｑ１に並列接続されたコンデンサＣ４を持つ部分共振型である。商用交流電源Ｖｓから入力された電圧は入力コネクタＣＯＮ１を介し入力フィルタ部２０を経て整流素子ＤＢ２にて全波整流される。全波整流された電圧はコンデンサＣ２により平滑化され、その電圧がトランスＴ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路に印加される。スイッチング素子Ｑ１が閉じている場合、トランスＴ１には電流が流れるため磁気エネルギーとして充電され、スイッチング素子Ｑ１が開放になった場合にはその磁気エネルギーを２次巻線、ダイオードＤ１を介して出力側に放出される。その出力電圧はコンデンサＣ３により平滑化され、出力コネクタＣＯＮ２を介して出力される。直流電源ユニットＢから出力される電圧はＬＥＤ発光部Ａに供給され、各ＬＥＤ６ａ〜６ｄの順方向電圧Ｖｆの合計以上の電圧になった場合に各ＬＥＤ６ａ〜６ｄは点灯する。

そのときに流れた電流は出力コネクタＣＯＮ２を介し抵抗器Ｒ１に流れ、抵抗器Ｒ１は電流に応じた電圧を発生する。この電圧を第２の制御回路２２における制御用集積回路ＩＣ２（例えば新日本無線社製のＮＪＭ２１４６）のＩＮ端子でモニタし、基準電圧端子ＲＥＦの基準電圧と比較演算され、これによりＬＥＤ６ａ〜６ｄに流れる電流に応じた第２の制御回路２２のＯＵＴ端子の出力が決定する。この出力により、制御電圧Ｖｃｃに接続されたフォトカプラＰＣ１の発光素子に流れる電流が決まる。フォトカプラＰＣ１内の受光素子から、第１の制御回路２０の制御用集積回路ＩＣ１（例えば新電元社製のＭＲ１７２２）のフィードバック端子ＦＢに制御電圧が帰還入力される。このとき、フィードバック端子ＦＢに入力された制御電圧に応じてスイッチング素子Ｑ１のＯＮ幅を決定する。このように動作することにより、ＬＥＤ６ａ〜６ｄに流れる電流を一定にする制御を行う。

なお、この実施形態においてはフライバック型の直流電源にて説明を行ったが、もちろん直流電源はどのようなタイプであっても直流電圧を出力するものであれば同様な効果が得られる。また、ＬＥＤ発光部Ａにおいても４個直列のＬＥＤ接続について説明したが、個数には関係なくアノードとカソードの方向さえ一致していれば並列接続しても構わない。上述の第１、第２の実施形態のみならず、後述の第４の実施形態においても同様の回路構成を用いることができる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４を図６〜図８により説明する。この実施形態の他の実施形態と異なる点は直流電源ユニットＢの出力のリード線を無くしたところにある。図７に示すように、直流電源ユニットＢのプリント基板１を両面基板とし、出力部の銅箔パターン９ａ，９ｂを表裏両方に形成する。また、ＬＥＤ発光部Ａにはその直流電源ユニットＢのプリント基板１に合うサイズのコネクタ１５を搭載する。すなわち、コネクタ１５の導電部と直流電源ユニットＢの銅箔パターン９ａ，９ｂが接触し、コネクタ１５側ではコネクタの導電部がＬＥＤ６ａ，６ｄのアノードとカソードに電気的に接続されているために、直流電源ユニットＢをコネクタ１５に挿入するだけで電気接続できる構成としている。ＬＥＤ６ａ〜６ｄの接続は実施形態１と同様とする。

図８では分かりやすいように、実線で示すＬＥＤ６ａ〜６ｄと破線で示すコネクタ１５を同一図面上に描いているが、実際は図６に示すように、ＬＥＤ６ａ〜６ｄとコネクタ１５は、ＬＥＤ発光部Ａのプリント基板７の表裏にそれぞれ設置される。コネクタ１５の周囲には放熱板１１が貼り付けられており、放熱板１１にはコネクタ１５を通す穴１０が設けられている。

このように直流電源ユニットＢとＬＥＤ発光部Ａを構成することにより、図６に示すようにＬＥＤ発光部Ａと直流電源ユニットＢを結ぶリード線を無くし、製造性を高める効果がある。

上述の実施形態１ではプリント基板１の上端を器具筐体８の天板（金属蓋８’）に固定するために、金属蓋８’に開口部を設ける構造について述べたが、これに準ずるような構造、例えば、クリップ止め、ねじ止め、リベット止め等を採用しても良く、プリント基板１及び直流電源ユニットＢのがたつきを防止できれば良い。図６の構造では、金属蓋８’にＬ字型の金具８ｃを溶接・接着等の手段により固着し、この金具８ｃを用いてプリント基板１の上端を支えている。また、プリント基板１の下端はコネクタ１５により支えている。これにより、プリント基板１及び直流電源ユニットＢのがたつきを防止できる。

本発明の実施形態１の実装構造を示す縦断面図である。 本発明の実施形態１の実装構造を示す横断面図である。 本発明の実施形態１の要部構成を示す正面図である。 本発明の実施形態１の要部構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３の回路図である。 本発明の実施形態４の実装構造を示す縦断面図である。 本発明の実施形態４の要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態４の要部構成を示す正面図である。 従来例１の断面図である。 従来例２の断面図である。 従来例３の断面図である。

符号の説明

Ａ ＬＥＤ発光部
Ｂ 直流電源ユニット
１ 第１のプリント基板
２ 容量性の有寿命部品（アルミ電解コンデンサ等）
３ トランス
４ 半導体スイッチング素子
５ 出力コネクタ
６ ＬＥＤ
７ 第２のプリント基板
８ 器具筐体
９ リード線
１０ 穴
１１ 放熱板

Claims (4)

1. 第１のプリント基板上に実装配置された電子部品を含んでなる電子点灯回路と、前記電子点灯回路の出力により発光するＬＥＤを第２のプリント基板上に実装配置されたＬＥＤ発光部とを器具筐体内に備え、前記器具筐体を天井もしくは壁に埋め込まれて配置されるＬＥＤ照明器具であって、前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板が略垂直に配置されて前記器具筐体内に収められており、前記器具筐体に備えられた非充電部の蓋に前記第１のプリント基板を取り付けることを特徴とするＬＥＤ照明器具。
2. 前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板の間には両者を接続する導電物があり、この導電物を通す以外に穴がない非充電部である部材で前記第１のプリント基板と前記第２のプリント基板の間は遮蔽されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明器具。
3. 前記第１のプリント基板に搭載される電子部品は容量性の有寿命部品を含み、前記容量性の有寿命部品は前記器具筐体の取付状態において前記器具筐体の中心よりも上方に配置されることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ照明器具。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記器具筐体を天井もしくは壁に埋め込むための取付穴の大きさがφ１００以下となるように前記器具筐体を形成することを特徴とするＬＥＤ照明器具。

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