JP5305445B2

JP5305445B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP5305445B2
Application number: JP2009033447A
Authority: JP
Inventors: 拓司前田
Original assignee: NEC Lighting Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: JP2010192180A

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、高輝度で発光可能な半導体発光素子を用いた照明装置に関する。

近年、省エネルギーの意識の高まりにより、消費電力の少ない発光ダイオード等の半導体発光素子を用いた照明器具が注目されている。この発光ダイオード等を用いた照明器具は、必要な輝度を得るために点灯回路によって高出力で点灯される。即ち、印加電流を大きくして発光輝度を高めるようにしている。

しかし、発光ダイオードに対する印加電流が大きくなると、発光ダイオードの発熱量が増大し、発光ダイオードの温度が上昇する。発光ダイオードは高熱下で破壊されたり寿命が短縮されたりするため、発光ダイオードの輝度を維持しつつ、寿命の短縮を抑制するためには、発光ダイオードを冷却し、発光ダイオードが高温にならないようにする必要がある。

例えば、水中使用が可能な投光器において、多数のＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）を実装したＬＥＤ基板に、熱伝導率の高い伝熱シートを介してヒートシンクのベース板を接着固定し、ＬＥＤで発生した熱を効率よくヒートシンクに伝導することにより、ＬＥＤを冷却するようにしたものがある。このヒートシンクは水中で水に接触し、効率よく冷却されるようになっている。また、この投光器に水中で使用されているか否かを検出するセンサを設け、大気中で使用されている場合には、ヒートシンクによる冷却効率が低下するため、ＬＥＤへの印加電流を少なくしてＬＥＤが高温になることを防止し、ＬＥＤの破壊や寿命の短縮を抑制するようにしたものがある。

また、走行車両に使用される灯具において、多数のＬＥＤを実装したＬＥＤ基板に、熱伝導率の高い伝熱シートを介してヒートシンクのベース板を接着固定し、ＬＥＤで発生した熱を効率よくヒートシンクに伝導することにより、ＬＥＤを冷却するようにしたものがある。この灯具は走行車両で用いられるため、ヒートシンクには車両の走行に伴って生じる空気流が流入し、この空気流によってヒートシンクが冷却されるようになっている。また、この灯具に車速センサを設け、車両の速度が所定の速度より遅い場合には、ヒートシンクによる冷却効率が低下するため、ＬＥＤへの印加電流を少なくしてＬＥＤが高温になることを防止し、ＬＥＤの破壊や寿命の短縮を抑制するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、天井埋込形の照明器具において、通電発光素子が実装された通電発光素子実装基板が複数の円形の放熱板を積層した積層体に取り付けられ、この積層体に取り付けられた通電発光素子実装基板がケーシングに収納されるものがある。このケーシングの裏側には複数の通気孔が形成されて通気性に富んだ裏蓋が取り付けられ、ケーシングの下側に光照射用の開口部が形成され、周壁に複数の通気孔が形成されている。従って、周壁に形成された複数の通気孔から入り込んだ空気が積層体を冷却し、積層体で暖められた空気が裏蓋に形成された通気孔から放出される。これにより、積層体に取り付けられた通電発光素子実装基板および通電発光素子実装基板に実装された通電発光素子の温度上昇を抑制し、通電発光素子の輝度の低下を回避するとともに、通電発光素子の延命を達成することができるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１７８６０２号公報実用新案登録第３１３４７６１号公報

このように、発光ダイオードで構成される照明器具では、輝度を上げるために発光ダイオードの数を増やしたり、印加電流を増加させたりする必要があるが、それにより発光ダイオードの温度も上昇するため、発光ダイオードをいかに効率よく冷却するかが問題となる。特に、天井埋込型の照明器具の場合、照明器具本体の大部分が通気性に劣る天井裏にあるため、効率的に発光ダイオードを冷却する必要がある。

しかし、特許文献１に記載の発明では、水中で使用する場合や、走行中の車両で使用する場合には十分な冷却効果が得られるが、大気中で使用する場合や停止中の車両で使用する場合には十分な冷却効果が得られない。このため、発光素子に供給する電流を制限して輝度を落とさなければならないという問題があった。

また、特許文献２に記載の考案では、通電発光素子が実装された通電発光素子実装基板に取り付けられた積層体が冷却されることにより、間接的に通電発光素子が冷却されるようになっており、積層体の構成が複雑となり、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光源を簡単な構成で効率的に冷却し、所望の照度が得られる照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る照明装置は、
天井に埋め込まれるかまたは天井から吊り下げられて使用される照明装置であって、
光源を収容する筐体と、
前記筐体に形成された開口部から前記光源からの光が放射されるように前記光源を保持し、前記筐体内の所定の位置に固定するとともに、前記光源から発生する熱を放熱する放熱部と、
前記放熱部に形成された１または複数の通気口と、
前記筐体内の所定の位置に前記光源を固定する前記放熱部と対向する前記筐体内部の天面に形成された１または複数の放熱穴と、
前記通気口から前記筐体の内側に延出された放熱壁と、
前記開口部において前記光源から出射される光を下方に反射する反射板と、を備え、
前記光源は、前記放熱部の一方の面の中央に設けられ、前記通気口は前記光源の周囲に形成され、
前記反射板は、前記光源の下方の空気が前記光源の表面を通過した後、前記通気口へ流入するように、前記通気口を下側から覆うように、前記開口部の周縁に前記筐体の内周側に沿って形成される、ことを特徴とする。
本発明の他の観点に係る照明装置は、
天井に埋め込まれるかまたは天井から吊り下げられて使用される照明装置であって、
光源を収容し、前記光源からの光が放射される開口部が形成された筐体と、
前記開口部と対向する一方の面の中央で前記光源を保持し、前記筐体の所定の位置に固定される放熱部と、
前記放熱部に保持された前記光源の周囲に形成された１または複数の通気口と、
前記筐体内に固定された前記放熱部と対向する天面に形成された１または複数の放熱穴と、
前記開口部に前記筐体の内周側に沿って設けられ、前記通気口を前記開口部側から覆い、前記光源から出射される光を反射する反射板と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で光源の温度上昇を抑制し、光源の輝度低下および寿命の短縮化を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る照明器具の詳細な構成例を示す縦断正面図である。照明器具を斜め上方から見た分解斜視図である。発光ダイオード集合体の表面に透過性を有する透過性カバーが取り付けられることを示す図である。照明器具の配線状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る照明器具１００について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る照明器具１００の詳細な構成例を示す縦断正面図である。図１に示すように、照明器具１００は、天井２００に形成された取付穴１２に取り付けられる天井埋込型の円筒形の器具本体１と、器具本体１の側面に装着され、器具本体１を天井２００に形成された取付穴１２に固定する１対の器具取付具６とを備えている。

器具本体１は、器具取付具６を器具本体１に接するように変形させた状態で天井２００の天井面（表面）２０１側から取付穴１２内に挿入し、押し上げると、バネ板等で構成された器具取付具６が元の形状に戻ろうとして開き、器具取付具６が器具本体１を天井２００の取付穴１２に固定するとともに、器具本体１の落下を防止するようになっている。器具取付具６の側面部と天井面（裏面）２０２の縁部や天井２００の側面部とが接触することにより、器具本体１が取付穴１２に固定された状態が維持される。

器具本体１の内部の上側の天面には、発光ダイオード集合体８を構成する複数の発光ダイオードを点灯させるための点灯回路９が装着されている。点灯回路９の下方の器具本体１の内部には、放熱板（発光ダイオード取付板）７が取り付けられている。この放熱板７の下面中央には、複数の発光ダイオードが１または複数の集合体を形成している発光ダイオード集合体８が取付固定されている。また、各発光ダイオードに直流電流を供給するためのリード線１０が点灯回路９から導出され、発光ダイオード集合体８に接続されている。

発光ダイオード集合体８は、複数の発光ダイオードの集合体が円盤状の板の下面に面状に配置されたものである。発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードが発光するときに発生する熱は、発光ダイオード集合体８を構成する円盤状の板に伝導される。

また、発光ダイオード集合体８が配置された円盤状の板の上面と放熱板７の下面とが例えば面接触するように、発光ダイオード集合体８が放熱板７に取り付けられており、発光ダイオード集合体８から発生した熱が放熱板７に効率よく伝導されるようになっている。

放熱板７は熱伝導効率の高い例えばアルミニウムや銅などの金属等からなる円盤状の板で構成され、その外周縁付近には円周上に複数の通気口３が形成されている。また、通気口３には器具本体１内部へ向けて放熱壁４が延出され、放熱効率が高められている。

また、通気口３に対応して、器具本体１の内部の上側の天面の外周部には、通気口３から流入した空気を排出するための複数の放熱穴２が円周上に形成されている。これら通気口３および放熱穴２は、例えば円形とすることができる。

発光ダイオード集合体８の表面には、図３に示すように、発光ダイオード集合体８から出射された光を透過する透過性を有する透過性カバー１１が取り付けられ、発光ダイオード集合体８の表面を覆い、発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードを保護するようになっている。

発光ダイオード集合体８の下側では、発光ダイオード集合体８から出射された光を下方に反射するとともに、発光ダイオード集合体８の周囲に形成された通気口３を下側から覆うリング状の反射板５が器具本体１の開口部に取り付けられている。この反射板５は、リング状の所定の曲面からなる反射面５１を有している。

この反射板５は、発光ダイオード集合体８および放熱板７との間に一定の隙間を形成して、通気口３への空気の流入を妨げないように器具本体１に取り付けられている。また、反射板５は、器具本体１が取り付けられた天井２００の取付穴１２の周囲の天井面（表面）２０１をリング状に覆うような形状とされ、反射板５の下面の反射面５１の周囲のリング状の部分には装飾が施されている。

図２は、照明器具１００を斜め上方から見た分解斜視図である。器具本体１の側面には、器具本体１を天井２００に形成された取付穴１２に固定するためのバネ板等からなる１対の器具取付具６が取り付けられている。また、例えば、器具本体１の上面の外周部には、器具本体１の内部で暖められた空気を外部に放出するための放熱穴２が円周上に一定間隔で周期的に形成されている。また、器具本体１の内部の上側の天面には、点灯回路９が取り付けられている。

この器具本体１に、発光ダイオード集合体８が取り付けられた放熱板７が下方から取り付けられる。放熱板７の外周縁には複数の取付部１３が形成されており、この取付部１３を介して放熱板７が器具本体１内に取り付けられる。

放熱板７の外周縁付近の円周上には通気口３が例えば一定間隔で周期的に形成されており、通気口３には例えば円筒形状の放熱壁４が器具本体１の内側に向かって延出され、通気口３から流入した空気が放熱壁４と接するようにして放熱効率が高められている。

図３に示すように、放熱板７の下面側に取り付けられている発光ダイオード集合体８の下側の表面には、透過性を有する透過性カバー１１が取り付けられ、発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードを保護するようになっている。

図２に示すように、放熱板７が器具本体１に取り付けられると、放熱板７の下側から器具本体１にリング状の反射板５が取り付けられる。反射板５の内周側には曲面からなる反射面５１が形成され、その外側のリング状の部分の下面には装飾等が施され、上面は器具本体１の外周縁に接着固定される。発光ダイオード集合体８は、反射板５のリング中心部からが露出している。発光ダイオード集合体８から発せられた光は、反射板５によって下方に出射される。

反射板５は、反射板５の反射面５１の内周縁と放熱板７および発光ダイオード集合体８との間に所定の隙間が生じるように器具本体１に取り付けられる。この隙間から放熱板７の通気口３に向かって空気が流れ込み、この空気がさらに通気口３から器具本体１の内部に流入するようになっている。

図４は、照明器具１００の配線状態を示している。照明器具１００は、図４に示すように、壁スイッチ２１を介して交流電源に接続できるようになっている。壁スイッチ２１が操作され、電源がオンされると、交流電源から照明器具１００の点灯回路９に交流電力が供給される。

照明器具１００の点灯回路９は、リード線１０を介して発光ダイオード集合体８の各発光ダイオードに接続されるとともに、電力供給線１４および電力供給線１５の一方の端部がそれぞれ接続されている。電力供給線１４の他方の端部は壁スイッチ２１の一端に接続され、電力供給線１５の他方の端部は交流電源に接続されている。壁スイッチ２１の他端は交流電源に接続されている。

ここで、壁スイッチ２１がオンされると、電源供給線１４は壁スイッチ２１を介して交流電源に接続されることとなり、点灯回路９と交流電源とが電力供給線１４、１５を介して接続され、点灯回路９に交流電力が供給されるようになる。

壁スイッチ２１がオンされ、点灯回路９に交流電源から交流電力が供給されると、点灯回路９は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードにリード線１０を介して供給する。

点灯回路９からリード線１０を介して直流電力が供給された発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードは、印加電流の大きさに応じた輝度で発光し、発光ダイオード集合体８は、下方に向けて光を照射する。発光ダイオード集合体８から出射された光の大部分はそのまま下方に向けて放射されるが、一部は反射板５の反射面５１で反射した後、下方に向けて放射される。

発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードは発光すると発熱する。つまり、発光ダイオード集合体８の各発光ダイオードに印加される印加電流が大きくなるほど発熱量は多くなる。発光ダイオードの発熱により発光ダイオードの温度が上昇すると、発光ダイオードの輝度が低下するとともに、寿命が短くなる。従って、発光ダイオードの輝度および寿命を維持するためには発光ダイオードを冷却し、温度上昇を抑制する必要がある。

発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードの温度上昇を抑制するために、中央に発光ダイオード集合体８が取り付けられた放熱板７の外周縁付近の円周上に複数の例えば円形の通気口３が形成されている。発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードが発熱すると、発光ダイオード集合体８の温度が上昇し、発光ダイオード集合体８が取り付けられた放熱板７の温度も上昇する。

放熱板７の温度が上昇すると、放熱板７の周囲の空気が暖められる。器具本体１の内部で暖められた空気は器具本体１の内部を上方に移動する。一方、器具本体１の外部で暖められた空気は通気口３から器具本体１の内側に流入し、器具本体１の内部を上方に移動する。器具本体１の内部を上方に移動した空気は器具本体１の内部の上側の天面に形成された放熱穴２から放出される。これにより、発光ダイオード集合体８の下方の冷えた空気が通気口３から器具本体１の内側に流入し、放熱穴２から放出されるという空気の対流が生じる。

即ち、空気が通気口３から器具本体１内に流入するとき、放熱板７が冷却され、放熱板７に取り付けられた発光ダイオード集合体８も冷却される。一方、放熱板７に形成された通気口３から流入した空気は通気口３で暖められるので、器具本体１の内部を上方に移動し、放熱穴２から器具本体１の外側に放出される。

図１に示したように、通気口３から器具本体１の内側に向けて放熱壁４を延出することにより、冷却効率を高めることができる。放熱壁４と空気が接する面積が大きいほど放熱効率は高くなる。

発光ダイオード集合体８が取り付けられた放熱板７と反射板５の間には隙間が形成されているので、この隙間を通った空気が放熱板７に形成された通気口３から器具本体１の内側に流入し、放熱板７を冷却し、放熱穴２から器具本体１の外側に放出される。

反射板５の内周縁の直径は、発光ダイオード集合体８の直径とほぼ同一か、または反射板５の内周縁の直径の方が発光ダイオード集合体８の直径より大きくなるように調整される。反射板５は、放熱板７の外周縁付近に形成された通気口３を覆うようにリング状に形成されているので、上記空気の対流によって照明器具１００の下方から上昇してきた空気が発光ダイオード集合体８の表面に当たり、そこから周囲に放射状に広がるような流れが生じ、発光ダイオード集合体８を表面から冷却しながら通気口３へ向かい、通気口３から器具本体１の内部に流入する。

このように、発光ダイオード集合体８が発熱することによって生じた空気の流れにより、発光ダイオード集合体８を表面から透過性カバー１１を介して冷却するとともに、放熱板７の通気口３および放熱壁４を冷却して発光ダイオード集合体８を裏面からも冷却する。

発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードの温度上昇を抑制することにより、各発光ダイオードの劣化を抑制することができる。これにより、発光ダイオード集合体８の輝度低下を抑制するとともに、発光ダイオード集合体８を構成する各発光ダイオードの寿命の短縮化を抑制することができる。

以上説明したように、上記実施の形態により、簡単な構成で光源の温度上昇を抑制し、光源である発光ダイオード集合体８の輝度低下および寿命の短縮化を抑制することができる。

また、光源である発光ダイオード集合体８が放熱板７の一方の面の中央に設けられ、通気口３が発光ダイオード集合体８の周囲に形成されるようにすれば、発光ダイオード集合体８の照射方向から空気を取り入れて光源を冷却することができる。

また、通気口３から器具本体１の内側に延出された放熱壁４を形成することにより、放熱板７の放熱面積を放熱壁４の分だけ増大させることができ、冷却効率を高めることができる。

また、通気口３に設けた放熱壁４を器具本体１内部の天面に形成された放熱穴２まで延出することもできる。これにより、放熱面積を増大させるとともに、空気の対流が促進され、放熱効率が高まることが期待できる。

また、反射板５の形状を、発光ダイオード集合体８の下方の空気が発光ダイオード集合体８の表面を通過した後、通気口３へ流入するように、通気口３を下側から覆うような形状とすることにより、発光ダイオード集合体８を前面から直接冷却することができ、冷却効率を高めることができる。

また、放熱板７および放熱壁４を熱伝導率の高い金属等で構成することにより、冷却効率を高めることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記実施の形態では、通気口３に放熱壁４を設け、放熱効率を高めるようにしたが、放熱壁４を省略することもできる。

また、上記実施の形態においては、通気口３および放熱穴２を円形としたが、四角形や多角形等その他の形状とすることもできる。

また、上記実施の形態においては、反射板５の反射面５１を除くリング状の部分に装飾を施すようにしたが、反射面５１に装飾を施してもよい。

本発明は、発熱する光源を用いた様々な照明装置に適用することができる。

１器具本体
２放熱穴
３通気口
４放熱壁
５反射板
６器具取付具
７放熱板（発光ダイオード取付板）
８発光ダイオード集合体
９点灯回路
１０リード線
１１透過性カバー
１２取付穴
１３取付部
１４、１５電力供給線
２１壁スイッチ
５１反射面
１００照明器具
２００天井
２０１天井面（表面）
２０２天井面（裏面）

Claims

天井に埋め込まれるかまたは天井から吊り下げられて使用される照明装置であって、
光源を収容する筐体と、
前記筐体に形成された開口部から前記光源からの光が放射されるように前記光源を保持し、前記筐体内の所定の位置に固定するとともに、前記光源から発生する熱を放熱する放熱部と、
前記放熱部に形成された１または複数の通気口と、
前記筐体内の所定の位置に前記光源を固定する前記放熱部と対向する前記筐体内部の天面に形成された１または複数の放熱穴と、
前記通気口から前記筐体の内側に延出された放熱壁と、
前記開口部において前記光源から出射される光を下方に反射する反射板と、を備え、
前記光源は、前記放熱部の一方の面の中央に設けられ、前記通気口は前記光源の周囲に形成され、
前記反射板は、前記光源の下方の空気が前記光源の表面を通過した後、前記通気口へ流入するように、前記通気口を下側から覆うように、前記開口部の周縁に前記筐体の内周側に沿って形成される、
ことを特徴とする照明装置。
前記放熱壁は、前記通気口から前記放熱穴まで延出される、
ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記放熱壁は、前記通気口と同一径の円筒形状とされる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
天井に埋め込まれるかまたは天井から吊り下げられて使用される照明装置であって、
光源を収容し、前記光源からの光が放射される開口部が形成された筐体と、
前記開口部と対向する一方の面の中央で前記光源を保持し、前記筐体の所定の位置に固定される放熱部と、
前記放熱部に保持された前記光源の周囲に形成された１または複数の通気口と、
前記筐体内に固定された前記放熱部と対向する天面に形成された１または複数の放熱穴と、
前記開口部に前記筐体の内周側に沿って設けられ、前記通気口を前記開口部側から覆い、前記光源から出射される光を反射する反射板と、を備える、
ことを特徴とする照明装置。