JP5383336B2 - 電気機器 - Google Patents

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この発明は、LEDなどの負荷で発生した熱を放熱する電気機器に関する。

LEDなど発熱する負荷を有する電気機器において、放熱フィンなどの放熱構造を用いて、負荷で発生した熱を空気中に放熱する構造が知られている。

特開2008−186776号公報

上述のような放熱構造により、負荷で発生した熱を放熱しても、負荷回路と接続されている電源回路や、電源回路と接続されている端子台に、伝導熱が伝達する。
電源回路と負荷回路との間の距離を大きくすれば、電源回路に伝達する熱を少なくすることができるが、電気機器全体の大きさが大きくなる。
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、電源回路などに伝達する熱を少なくするとともに、電気機器を小型化することを目的とする。

この発明にかかる電気機器は、発熱する負荷回路を有する本体部と、上記負荷回路に対して電力を供給する電源回路を有する電源部と、上記本体部と接触して、上記負荷回路が発した熱を放熱し、上記電源部を取り囲む形状である放熱部と、上記電源部を、上記本体部及び上記放熱部と接触しない位置に保持する保持部とを有することを特徴とする。

この発明にかかる電気機器によれば、放熱部が電源部を取り囲む形状なので、電気機器全体を小型化することができるとともに、本体部から電源部に伝達される熱を抑えることができる。

実施の形態1における照明器具100の外観を示す斜視図。 実施の形態1における照明器具100の外観を示す側面図。 実施の形態1における本体部110の構成を示す分解斜視図。 実施の形態1における照明器具100の構成を示す分解斜視図。 実施の形態1における照明器具100を示す側面視断面図。 実施の形態2における照明器具100の構成を示す分解斜視図。 実施の形態2における照明器具100の構成を示す分解斜視図。 実施の形態3における照明器具100の構成を示す分解斜視図。 実施の形態3におけるカバー部220の構成を示す分解斜視図。 実施の形態3における本体放熱電源部210の構成を示す分解斜視図。 実施の形態3における本体放熱電源部210を組み立てる手順を示す模式図。 実施の形態3における本体放熱電源部210を組み立てる手順を示す模式図。 実施の形態3における照明器具100を組み立てる手順を示す模式図。 実施の形態3における照明器具100の空気の流れを示す模式図。 実施の形態3における照明器具100の空気の流れを示す模式図。 実施の形態3における照明器具100の空気の流れを示す模式図。

実施の形態1.
実施の形態1について、図1〜図5を用いて説明する。

図1は、この実施の形態における照明器具100の外観を示す斜視図である。
照明器具100(電気機器)は、例えば天井などに埋め込んで使用するダウンライト型の照明である。照明器具100は、概ね円柱状である。照明器具100は、本体部110、枠部120、放熱部130、電源部140、保持部150を有する。

本体部110は、1以上のLED(光源)と、LEDに電力を供給する配線などからなる負荷回路を有する。
枠部120は、本体部110を囲む形状である。
放熱部130(ヒートシンク)は、LEDの点灯により発生した熱を放熱する。
電源部140は、商用電源やバッテリーなどから供給された電力を、本体部110の負荷回路に印加する電力に変換する電源回路を有する。LEDは、電源回路が変換した電力の供給を受けて点灯する。
保持部150は、電源部140を保持する。

図2は、この実施の形態における照明器具100の外観を示す側面図である。
放熱部130は、例えばアルミニウムなど熱伝導率の高い材料で形成されている。放熱部130は、枠部120及び枠部120に囲まれた本体部110と接触していて、LEDで発生した熱を熱伝導により吸収し、空気中に放熱する。放熱部130は、電源部140を左右から取り囲む形状である。
電源部140は、内部に埃が入るのを防ぐため、密閉されている。
保持部150は、電源部140が放熱部130や本体部110や枠部120と接触しないよう、電源部140を保持する。これにより、放熱部130や本体部110から熱伝導により電源部140に熱が伝達するのを防ぐ。保持部150と放熱部130とは、ネジ止めされている。保持部150は、ネジ止め部分で放熱部130と接触している。このため、保持部150には、直接あるいはネジを介して、放熱部130から熱伝導により熱が伝達し、その熱が、電源部140にも熱伝導により伝達する。電源部140に伝達する熱をなるべく少なくするため、保持部150と放熱部130との接触部分は、本体部110と放熱部130との接触部分から、なるべく離れた位置に設ける。この例では、本体部110と放熱部130との接触部分は、放熱部130の下端である。保持部150と放熱部130との接触部分は、放熱部130の上端である。本体部110と放熱部130との接触部分と、保持部150と放熱部130との接触部分との間の距離は、放熱部130の高さと等しく、電源部140の高さより長い。また、保持部150は、放熱部130などと比較して熱伝導率の低い材料で形成することが望ましい。

図3は、この実施の形態における本体部110の構成を示す分解斜視図である。
本体部110は、負荷基板111、反射板112、透明板115を有する。
負荷基板111(実装基板)は、略薄板円板状である。負荷基板111は、下側の面に、LEDやその他の負荷回路が実装されている。
反射板112は、背の低い円筒状であり、負荷基板111の下側を覆う。反射板112は、底面に反射鏡113を有する。反射鏡113は、負荷基板111上のLEDに対応する位置に設けれられている。反射鏡113は、底のないすり鉢状であり、LEDが発した光を反射して、配光を制御する。
透明板115は、反射板112の底面とほぼ同じ大きさの円板状であり、アクリル板など透明な材料で形成されている。透明板115は、反射鏡113を覆うことにより、LEDや負荷基板111を埃などから守る。

図4は、この実施の形態における照明器具100の構成を示す分解斜視図である。
枠部120は、フランジ部121、反射部122を有する。放熱部130は、円板部131、放熱フィン132を有する。電源部140は、電源ケース141、電源基板146を有する。保持部150は、蓋151、ネジ156,157を有する。

反射部122は、外側が円柱状で、内側が底のないすり鉢状である。反射部122の内側は、光を反射し、LEDが発した光のうち、横方向に漏れた光を下方向へ反射して、無駄な光を削減する。
フランジ部121は、反射部122の下端に位置し、つば状である。フランジ部121は、照明器具100を天井などに埋め込んだとき、天井面よりも下に出る部分である。

円板部131は、反射部122の外径とほぼ同じ径を有する円板状である。円板部131の下側の面は、ほぼ平らである。負荷基板111の上側の面も、ほぼ平らである。負荷基板111は、例えば熱伝導率の高い接着剤などにより、円板部131に密着させて固定する。これにより、円板部131と負荷基板111との接触面積が大きくなり、負荷基板111から円板部131へ多くの熱が伝達する。
なお、枠部120を、放熱部130と同じように、アルミニウムなど熱伝導率の高い材料で形成し、反射部122の上側の面を熱伝導率の高い接着剤などで放熱部130の下側の面に固定する構成とすれば、負荷基板111から放熱部130に伝達された熱が、枠部120に伝達し、フランジ部121などから放熱されるので、放熱効率が高くなり、好ましい。

放熱フィン132は、放熱部130と空気との接触面積が大きくなるよう、例えば多数の板を並べた形状である。放熱フィン132を構成する板は、大きく分けて左右2つのグループを構成し、その間に、電源部140が入る空間を形成している。放熱フィン132を構成する板の向きは、電源部140の長手方向に対して垂直の向きである。これにより、電源部140周辺の空気の流動性が高くなるので、放熱部130からの放熱により暖められた空気を介して電源部140に伝わる熱を抑えることができる。
放熱フィン132を構成する板のうち、一番端に位置する4つの板の上端には、ネジ156と螺合するネジ穴133が設けられている。

電源基板146は、電子部品などにより形成された電源回路(図では省略)を実装している基板である。
電源ケース141は、上面が開口した中空略直方体状であり、電源基板146を取り囲んでいる。電源ケース141は、放熱部130により暖められた空気を遮り、これにより、電源基板146に伝わる熱を抑える。
電源ケース141の上端には、ネジ157と螺合するネジ穴142を有する舌状の部分が設けられている。

蓋151は、概ね長方形の板状であり、電源ケース141の開口とほぼ同じ大きさである。蓋151には、ネジ157を通すネジ穴153が設けられている。また、蓋151の四隅には、ネジ156を通すネジ穴152を有する舌状の部分が設けられている。
ネジ157は、ネジ穴153を通り、ネジ穴142と螺合することにより、蓋151を電源部140に固定する。蓋151が電源ケース141の開口を塞ぐことにより、電源ケース141のなかに埃などが侵入するのを防ぐ。
ネジ156は、ネジ穴152を通り、ネジ穴133と螺合することにより、蓋151を放熱部130に固定する。これにより、電源部140が、放熱部130や本体部110と触れない位置に保持される。

図5は、この実施の形態における照明器具100を示す側面視断面図である。

LEDで発生した熱は、負荷基板111を介して、放熱部130に伝達される。
放熱部130に伝達された熱は、放熱部130から直接、あるいは、枠部120を介して、空気中に放熱される。
放熱部130に伝達された熱の一部は、保持部150を介して、電源部140に伝達される。しかし、保持部150と放熱部130との接触部分が、放熱部130と本体部110との接触部分から大きく離れているので、放熱部130から保持部150を介して電源部140に伝達される熱は、ごくわずかである。
また、放熱部130からの放熱により暖められた空気から電源部140に伝達される熱も存在する。しかし、電源部140周辺の空気の流動性が高いので、放熱部130からの放熱により暖められた空気は、電源部140の周囲に留まらず、放熱部130からの放熱により暖められた空気から電源部140に伝達される熱もごくわずかである。

このように、この実施の形態における照明器具100(電気機器)は、放熱部130が電源部140を取り囲む形状なので、照明器具100全体を小型化することができる。それでいて、本体部110から電源部140に伝達される熱はごくわずかなので、耐熱性の低い部品で電源回路を構成することができ、照明器具100の製造コストを抑えることができる。

なお、放熱部130からの放熱により暖められた空気から電源部140に伝達される熱を更に削減するため、放熱部130と電源部140との間の空間に、断熱材などにより断熱層を形成する構成としてもよい。
また、保持部150の上に、放熱フィンを設け、放熱部130から伝達された熱や、電源部140で発生した熱を放熱する構成としてもよい。

なお、ここでは、光源としてLEDを有する照明器具を例として説明したが、ハロゲンランプなど他の光源を有する照明器具にも応用できる。また、照明器具に限らず、発熱する負荷を有する他の電気機器にも応用可能である。

実施の形態2.
実施の形態2について、図6〜図7を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図6及び図7は、この実施の形態における照明器具100の構成を示す分解斜視図である。
照明器具100は、実施の形態1で説明した構成に加えて、板バネ160、端子台170,180を有する。

板バネ160は、天井などに設けられた穴に、照明器具100を着脱自在に固定するための構成である。
端子台170は、商用電源などからの配線を接続し、商用電源などからの電力を入力する。端子台170と電源部140のなかの電源回路とは、配線147により接続されている。
また、電源回路と本体部110のなかの負荷回路とは、配線148及びコネクタ149により接続される。電源回路で変換された電力は、配線148及びコネクタ149を介して、負荷回路に供給される。
電源ケース141には、配線147及び配線148を出すための穴が開いている。放熱部130からの放熱により暖められた空気が、この穴から電源ケース141のなかに入らないよう、封止材143が穴を封止している。封止材143は、例えば、樹脂やゴム製のパッキンなどである。なお、封止材143を設けず、穴を封止しなくてもよい。
放熱フィン132のうち、端子台170,180の前に当たる部分は、高さが低くなっている。これにより、端子台170,180が放熱フィン132に触れないだけでなく、商用電源からの配線も、放熱フィン132に触れずに端子台170に接続することが可能である。

このような構成としても、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。

実施の形態3.
実施の形態3について、図8〜図16を用いて説明する。
なお、実施の形態1及び実施の形態2と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
この実施の形態における照明器具100の外観は、実施の形態2と同様である。

図8は、この実施の形態における照明器具100の構成を示す分解斜視図である。
照明器具100は、本体放熱電源部210、カバー部220、4つのネジ281を有する。本体放熱電源部210は、本体部110、放熱部130、電源ユニット部230などを組み合わせて構成されている。カバー部220は、枠部120、板バネ160、透明板115などを組み合わせて構成されている。ネジ281は、本体放熱電源部210とカバー部220とを固定する。

図9は、この実施の形態におけるカバー部220の構成を示す分解斜視図である。
カバー部220は、枠部120、2つの板バネ160、透明板115を有する。
板バネ160は、一端にT字状の板バネ係合部161を有する。枠部120は、板バネ160を取り付ける位置に、板バネ係合部161と係合する形状の枠係合部123を有する。板バネ係合部161と枠係合部123とが係合することにより、板バネ160が枠部120に固定される。また、透明板115は、本体放熱電源部210とカバー部220とをネジ281で固定することにより、本体部110と枠部120との間に挟まれて固定される。

図10は、この実施の形態における本体放熱電源部210の構成を示す分解斜視図である。
本体放熱電源部210は、電源ユニット部230、放熱部130、放熱絶縁ゴム240、負荷基板111、反射板112、4つのネジ213を有する。

電源ユニット部230は、電源部140、端子台180、保持部150を有する。
電源部140は、電源回路を内蔵している。電源部140は、封止材143、配線148、コネクタ149を有する。コネクタ149を負荷基板111に接続することにより、電源回路が生成した電力が、配線148を介して、負荷基板111に供給される。

放熱部130は、円板部131、複数の放熱フィン132、2つの吸気口136を有する。
円板部131は、2つの突起部135、配線切欠部137、8つのネジ穴211,291を有する。突起部135は、本体放熱電源部210を組み立てる際、放熱絶縁ゴム240や反射板112の位置を決めるための突起である。配線切欠部137は、配線148を通すための切り欠きである。ネジ穴211は、放熱部130に反射板112を固定するためのネジ穴である。ネジ穴291は、本体放熱電源部210とカバー部220とを固定するためのネジ穴である。
吸気口136は、電源ユニット部230の長手方向に当たる位置の下側角に設けられた開口である。吸気口136は、放熱フィン132を冷却する空気を取り入れる取入口である。2つの吸気口136の一方は、配線切欠部137と繋がっている。

放熱絶縁ゴム240は、薄い板状であり、熱伝導率が高く、電気的に絶縁している。放熱絶縁ゴム240は、負荷基板111と放熱部130との間に挟み込んで隙間をなくす。これにより、負荷基板111で発生した熱が効率よく放熱部130に伝わる。放熱絶縁ゴム240は、2つの貫通穴241を有する。貫通穴241は、突起部135に対応する位置に設けられている。本体放熱電源部210を組み立てる際、貫通穴241を突起部135に合わせることにより、容易に放熱絶縁ゴム240の位置を決めることができる。

負荷基板111は、複数のLED、コネクタ119を有する。コネクタ119は、コネクタ149と接続することにより、電源部140の電源回路が生成した電力を入力する。LEDは、コネクタ119から入力した電力により点灯し、発熱する。
反射板112は、複数の反射鏡113、4つのネジ穴212、2つの係合凹部216を有する。反射鏡113は、負荷基板111のLEDに対応する位置に設けられていて、LEDが発した光を反射して、配光を制御する。ネジ穴212は、反射板112を放熱部130に固定するためのネジ穴である。係合凹部216は、突起部135に対応する位置に設けられている。本体放熱電源部210を組み立てる際、係合凹部216を突起部135に合わせることにより、容易に反射板112の位置を決めることができる。
ネジ213は、反射板112と放熱部130とを固定する。ネジ213が反射板112と放熱部130とを固定することにより、放熱絶縁ゴム240及び負荷基板111は、反射板112と放熱部130との間に挟まれて固定される。

図11は、この実施の形態における本体放熱電源部210を組み立てる手順を示す模式図である。
まず、放熱部130の円板部131側を上にし、電源ユニット部230の配線148を、配線切欠部137と繋がっている吸気口136に下から通して、コネクタ149を上に出す(配線挿通工程)。
円板部131の上に、放熱絶縁ゴム240を設置する(放熱絶縁ゴム設置工程)。このとき、突起部135に貫通穴241を合わせることにより、放熱絶縁ゴム240の位置を決める。
負荷基板111のコネクタ119に、コネクタ149を接続する(コネクタ接続工程)。コネクタ接続工程での作業を容易にするため、配線148の長さには、ある程度の余裕を持たせておく。
負荷基板111を、放熱絶縁ゴム240の上に設置する(負荷基板設置工程)。
反射板112を、放熱絶縁ゴム240及び負荷基板111の上に重ねて設置する(反射板設置工程)。このとき、突起部135に係合凹部216を合わせることにより、反射板112の位置を決める。
ネジ213を、反射板112のネジ穴212に通し、放熱部130のネジ穴211と螺合させることにより、反射板112(及び負荷基板111・放熱絶縁ゴム240)を放熱部130に固定する(反射板固定工程)。
最後に、放熱フィン132に囲まれた空間に電源ユニット部230を収めて固定する(電源ユニット設置工程・電源ユニット固定工程)。

上述したように、配線148の長さは、コネクタ接続工程での作業性を考慮して、ある程度の余裕を持たせておく。配線148の長さは、電源ユニット部230の長手方向の長さよりやや長い程度が望ましい。そうすることにより、放熱フィン132に囲まれた空間に電源ユニット部230を収めた際、配線148が余ることなく、電源ユニット部230と円板部131との間に収まるので、組立作業の効率がよくなる。

図12は、この実施の形態における本体放熱電源部210を組み立てる手順を示す模式図である。
放熱フィン132の内側には、テーパー部215が設けられていて、対向する放熱フィン132の間隔は、円板部131に近い側へいくほど狭くなっている。
電源ユニット設置工程において、放熱フィン132に囲まれた空間に電源ユニット部230を収める際、電源部140の角(当接部214)がテーパー部215に当接するので、電源ユニット部230は、自然に、放熱フィン132に囲まれた空間の中央の正しい位置に導かれる。これにより、容易に電源ユニット部230の位置を決めることができる。

なお、電源部140の横に当接部として翼状の突起を設け、平行に並んだ放熱フィン132の間に翼状の突起が当接することにより、電源ユニット部230の長手方向の位置を決める構成としてもよい。これにより、電源ユニット部230の位置が縦及び横の両方向に決まるので、電源ユニット設置工程における作業の効率が更に高くなる。

図13は、この実施の形態における照明器具100を組み立てる手順を示す模式図である。
この図は、正面図及び右側面視断面図である。なお、要部が見やすいよう、正面図では板バネ160の記載を省略している。

枠部120は、2つの凸部124を有する。凸部124は、吸気口136に対応する位置に設けられている。凸部124が吸気口136と係合することにより、容易に本体放熱電源部210とカバー部220との位置関係を決めることができる。
すなわち、凸部124と吸気口136とを係合させることにより、本体放熱電源部210とカバー部220との位置を決め、ネジ281を放熱部130のネジ穴291に通して、枠部120のネジ穴に螺合させることにより、本体放熱電源部210とカバー部220とを固定する。

凸部124の高さは、円板部131の厚さと同程度とする。これにより、凸部124が吸気口136を塞ぐことなく、吸気口136から空気を取り入れることができる。
また、配線切欠部137が吸気口136と繋がっているので、そのままでは配線148が露出していることになるが、凸部124が吸気口136と係合することにより、配線148を覆い隠す。

照明器具100の各部品が以上のような構造を有し、照明器具100を以上のようにして組み立てることにより、組立て作業の効率が高くなる。

図14〜図16は、この実施の形態における照明器具100の空気の流れを示す模式図である。
吸気口136から取り入れられた空気は、電源ユニット部230と円板部131との間の隙間に流入する。LEDが発した熱が円板部131に伝熱するので、その熱が伝わって、隙間に流入した空気に伝熱する。
電源ユニット部230と円板部131との間を通過した空気は、電源ユニット部230の脇へ抜け、放熱フィン132の間を通りながら上昇し、放熱フィン132から更に伝熱されたのち、外部に放出される。

このように、吸気口136から流入した空気が、円板部131及び放熱フィン132により伝熱され、外部に放出されるという流れを作ることにより、LEDで発した熱を効率よく放熱することができる。

このようにして、LEDで発した熱を効率よく放熱することにより、LEDの寿命を長くすることができ、LEDの発光効率を高めることができる。

100 照明器具、110 本体部、111 負荷基板、112 反射板、113 反射鏡、115 透明板、120 枠部、121 フランジ部、122 反射部、123 枠係合部、124 凸部、130 放熱部、131 円板部、132 放熱フィン、133,142,152,153,211,212,291 ネジ穴、135 突起部、136 吸気口、137 配線切欠部、140 電源部、141 電源ケース、143 封止材、146 電源基板、147,148 配線、119,149 コネクタ、150 保持部、151 蓋、156,157,213,281 ネジ、160 板バネ、161 板バネ係合部、170,180 端子台、210 本体放熱電源部、214 当接部、215 テーパー部、216 係合凹部、220 カバー部、230 電源ユニット部、240 放熱絶縁ゴム、241 貫通穴。

Claims (4)

  1. 発熱する負荷回路を有する本体部と、
    上記負荷回路に対して電力を供給する電源回路を有する電源部と、
    前記本体部と接触して、上記負荷回路が発した熱を放熱し、上記電源部を収容する空間を形成するとともに、上記電源部との間を流れる空気が流入する吸気口を有する放熱部と、
    上記電源部を、上記本体部及び上記放熱部と接触しないよう、上記放熱部の上記本体部との接触面から離れた位置で保持する保持部と
    上記本体部を覆い、上記吸気口と係合する凸部を有するカバー部と、を備えたことを特徴とする電気機器。
  2. 上記放熱部は、上記電源部を取り囲むテーパー部を有し、
    上記テーパー部は、上記電源部と当接して上記電源部の取り付け位置を定めることを特徴とする請求項1に記載の電気機器。
  3. 上記放熱部は、略平行に並んだ板状の放熱フィンを複数有し、
    上記電源部は、上記複数の放熱フィンの間に当接して上記電源部の取り付け位置を定める当接部を有することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の電気機器。
  4. 上記電源部は、上記本体部に電力を供給する電源線を有し、
    上記本体部は、上記電源線を接続するコネクタ部を有し、
    上記電源線は、上記放熱部と上記電源部との間に収納される長さを有し、上記吸気口を通って、上記コネクタ部に接続することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の電気機器。
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