JP5477895B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

この発明は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」と称することもある）を光源に用いたＬＥＤ照明装置に関する。

近年、発光ダイオードのもつ低消費電力、長寿命等の特徴が評価され、発光ダイオードを光源に用いたＬＥＤ照明装置の開発が進んでおり、近い将来、既存の家庭用白熱電球や蛍光灯の多くが、ＬＥＤ照明装置に置き換えられるという予想もされている。
さて、既存の家庭用白熱電球や蛍光灯並みの明るさを確保するには、複数の発光ダイオードを搭載する必要があるため、これらの発光ダイオードから生じる熱への対策（放熱対策）が、ＬＥＤ照明装置の開発における重要な課題の一つとなっている。

特許文献１に開示された照明装置は、この放熱対策として、一面に複数の発光ダイオードが搭載された基体の他面上に支持体を設け、支持体から外方に向かって放射状に複数の放熱フィンを延ばした構成を備えている。
基体の一面上に設けられた複数の発光ダイオードから発生した熱は、基体および支持体に伝導し、複数の放熱フィンを通して放散される。同時に、複数の発光素子により発生された熱により周囲の空気が暖められる。これにより複数の放熱フィン間に形成された通路に沿って空気の流れが形成されて放熱特性が向上する、との作用効果が同文献１に記載されている。

放熱フィン間の通路に暖められた空気が流動することによる放熱効果がどれほどのものかはさておき、基体上の発光ダイオードから発生した熱を、基体および支持体を通して放熱フィンに伝え、同フィンから空気中へ放散する構成の放熱対策は、例えば、各種の電子機器にも放熱対策としても利用されている。

しかしながら、複数の部品を経由して放熱フィンへと熱を伝導させる場合、各部品間に隙間があったり、各部材間の接触面積が小さいと、熱伝導効率が悪く十分な放熱効果を得られないという問題があった。

特開２００９−２１２６４号公報

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、発光ダイオードで発生した熱を放熱体へ効率的に伝導させることのできるＬＥＤ照明装置の提供を目的とする。
さらに、本発明の他の目的は、放熱体に要求される事項は十分な熱容量を有する体積を小型に実現することであり、且つ、放熱効果を最大にする放熱表面積を小型に実現することである。
したがって、体積を確保するにはアルミ材の押出し成形等が有利である。しかし、追加の切削加工が必要な形状では加工費が高くなるという欠点がある。
そこで、本発明の他の目的は、極力追加の切削加工が発生しない形状の押出し成形部品と、一部には薄肉且つ均肉成形が求められるアルミ合金のダイキャスト製部品や、近年開発が進められている熱伝導性の良いプラスチック成形部品等とを自在に組み合わせることを考慮しながら、且つ量産に適した自動化を考慮したＬＥＤ照明装置の提供にある。

上記目的を達成するために、本発明のＬＥＤ照明装置は、発光ダイオードおよび点灯回路部品を表面に搭載した基板と、
基板の裏面に表面が接する弾力性のある熱伝導性絶縁シートと、
熱伝導性絶縁シートの裏面に一端面が接する放熱体と、
これら基板、熱伝導性絶縁シートおよび放熱体に対し、軸方向の圧縮力を加えて熱伝導性絶縁シートを圧縮するとともに、これら各要素間を密着させる、絶縁性を有した締結部材と、を備えたことを特徴とする。

このように熱伝導性絶縁シートを介在させて、締結部材によって各要素間を密着させることで、基板の表面に搭載した発光ダイオードで発生する熱を効率よく放熱体へ導き放散させることができる。

ここで、熱伝導性絶縁シートは、表面を基板の裏面全面に接するように配置するとともに、裏面には放熱体の一端に形成した平坦面全面が接する構成とすることが好ましい。これにより各部材間の接触面積を十分に確保することができ、いっそう効率よく熱を伝導させることができる。

また、本発明は、放熱体の他端側に絶縁性を有する口金座を設け、この口金座へ屋内照明用として規格化された電球ソケットに適合する口金を螺合するとともに、当該口金を点灯回路部品と電気的に接続する構成とすることもできる。

屋内照明用の電球ソケットとしては、例えば、ハロゲンランプ等に適用されるＥ１１規格、ナツメ球やクリプトンランプ等に適用されるＥ１７規格、一般の白熱電球等に適用されるＥ２６規格などが、日本工業規格（ＪＩＳ）や国際規格（ＩＥＣ）に規定されている。これら規格化された屋内照明用の電球ソケットに適合する口金を端子として設けることで、既存の電球ソケットに装着して屋内交流電源から電力供給を受けて点灯することができるため、屋内配線の改良工事を必要とせず、既存家屋でもそのまま利用できる汎用性を確保することが可能となる。

また、締結部材は、基板の表面側に一定の間隙を設けて配置される締結座と、この締結座の裏面から延出し、途中に設けた段付部が基板の表面に当接するともに、基板、熱伝導性絶縁シートおよび放熱体を貫通する脚部と、口金座を透して脚部の他端に軸方向へ向かってねじ込まれるタップねじと、を含む構成とすることができる。

さらに、本発明は、基板を円盤状に形成し、表面中央部に点灯回路部品を搭載するとともに、その周囲に発光ダイオードを放射状に配列する構成とすることが好ましい。このように発光ダイオードを配置することで、各発光ダイオードから発せられる光を周囲へ均等に放散させることができ、しかも中央の空きスペースを点灯回路部品の配置スペースとして有効利用するので、装置の小形化も実現することができる。
加えて、締結座を、発光ダイオードの配列の内側で点灯回路部品と対向する位置に設け、この締結座の表面に光反射体を組み込む構成とすることで、発光ダイオードから内側に発せられた光を光反射体が外側に向けて反射するので、光を効率的に放散して明るさの向上を図ることができる。

また、放熱体は、円柱状の基体と、この基体の外周に嵌め込まれる円筒部の外周面から放射状に多数の放熱フィンが延出している放熱フィン部材と、基体の外周に嵌め込まれ、一端面に熱伝導性絶縁シートを介して基板を受ける基板受部と、を含み、
これら基体、放熱フィン部材および基板受部は、それぞれ締結部材からの圧縮力を受けて互いに軸方向にガタツキなく密接する構成とすることができる。

このように構成することで部品点数は多くなるものの、各部品の形状を簡素化して、例えば、アルミ合金の押出し成形をもって各部品の量産が可能となる。

さらに、本発明は、基板受部の周縁には軸方向に延出するフード嵌合部が形成し、このフード嵌合部に基板の表面側を覆うフードの周縁を嵌め込む構成とすることができる。

本発明によれば、熱伝導性絶縁シートを介在させて、締結部材によって各要素間を密着させることで、基板の表面に搭載した発光ダイオードで発生する熱を効率よく放熱体へ導き放散させることができる。

本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の正面断面図であり、（ａ）（ｂ）は各々別の切断面を示している。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の各部構成を示す図で、(ａ)は放熱体の一端面を示す平面図、（ｂ）は熱伝導性絶縁シートの平面図、（ｃ）は発光ダイオードと点灯回路部品を表面に搭載した基板の平面図、（ｄ）は締結部材の平面図、（ｅ）は同じく正面断面図、（ｆ）は締結部材の締結座に光反射体を装着した状態を示す正面断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の各種構成例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るＬＥＤ照明装置は、基板１０、放熱体２０、熱伝導性絶縁シート３０、口金座４０、口金５０、締結部材６０、光反射体７０、およびフード８０の各構成部品を含む構成となっている。

基板１０は、円盤状をした樹脂製の絶縁基板１０の表面に配線回路パターンを形成してなり、図３（ｃ）に示すように、当該表面の中央部に点灯回路部品１１が搭載されており、さらにその周囲には複数の発光ダイオード１２が放射状に配列して搭載されている。点灯回路部品１１は、発光ダイオード１２を点灯させるための回路を構成する各種電子部品である。また、基板１０の裏面側には、この点灯回路に外部からの電源を供給するための導線１３（本実施形態では２本の導線１３）が延出している。

周知のとおり、発光ダイオード１２は点灯中に熱が発生する。基板１０には、複数の発光ダイオード１２が搭載されているため、これらの発光ダイオード１２から発生する熱により基板１０上は高温となるため、放熱対策が欠かせない。そこで、ＬＥＤ照明装置は、放熱体２０を備えている。

本実施形態では、放熱体２０を、基体２１、放熱フィン部材２２および基板受部２３の３部品で構成してある。基体２１は円柱状となっており、その外周面下部に段付部２１ａが形成してある。また、基体２１の外周面には、複数箇所（図１では３箇所）に軸方向へ延びる位置決め溝２１ｂが形成してある。さらに、基体２１には、図３（ａ）に示すように、導線１３を挿通させるための透孔２１ｃと、後述する締結部材６０の脚部６２を挿通させるための透孔２１ｄとが、一端面から他端面へ貫通するように穿設してある。

図１に示すように、放熱フィン部材２２は、円筒部２２ａの外周面から放射状に多数の放熱フィン２２ｂが延出しており、この放熱フィン２２ｂに伝わってきた熱を外気へ放散する。円筒部２２ａは、基体２１の外周に嵌め込まれ、基体２１の段付部２１ａに当接した状態で組み合わされる。放熱フィン部材２２の少なくとも一端面（基体受部と接する端面）は、同一平面上に配置される平坦面となっている。

基板受部２３は円筒状となっており、基体２１の外周に嵌め込まれる。基板受部２３の内周面には、複数箇所（図１では３箇所）に軸方向へ延びる位置決め突条２３ａが形成してあり、これらの位置決め突条２３ａを、基体２１の位置決め溝２１ｂに係合させて位置合わせするとともに、基体２１に対する基板受部２３の回転を規制している。
ここで、基体２１の一端面と基板受部２３の一端面は同一平面上に位置合わせされ、これにより放熱体２０の一端面（熱伝導性絶縁シートに接する端面）が平坦面を形成する。一方、基板受部２３の他端面も平坦面となっており、この他端面が放熱フィン部材２２の一端面に接する。

基板受部２３の一端面には、周縁から軸方向にフード嵌合部２３ｂが延出している。このフード嵌合部２３ｂは、基板受部２３の一端面を囲む周壁状に形成され、その内周面のあらかじめ設定した箇所に係合溝（図示せず）が形成してある。また、フード嵌合部２３ｂの端縁におけるあらかじめ設定した箇所には、位置合わせ用の切欠部２３ｃが形成してある。後述するフード８０の位置決め突起８０ｂを切欠部２３ｃに合わせた状態で、フード８０に形成した係止爪８０ａがフード嵌合部２３ｂの係合溝に係止される。

放熱体２０を構成する基体２１、放熱フィン部材２２および基板受部２３の３部品は、それぞれアルミ合金等の良好な熱伝導性を有する金属材料を用いた押出し成形により量産することができる。なお、基体２１の段付部を形成するために、基体２１の外周面は押出し成形後に切削加工する。また、基板受部２３の一端面も、押出し成形後に研削加工して、周壁状のフード嵌合部２３ｂを形成する。
なお、放熱フィン部材２２は、放熱効果の高いセラミック材料を用いて成形することもできる。また、各部品をアルミダイカスト成形にて製作することもできる。アルミダイカスト成形による場合は、３部品に分けず、一つの放熱体２０として一体成形することもできる。

熱伝導性絶縁シート３０には、例えば、良好な熱伝導性能を有するシリコンゴムで製作することができる。熱伝導性絶縁シート３０は、弾力性があり適度に圧縮した状態で基板１０と放熱体２０との間に挟み込むことで、熱源で発生した熱を効率的に放熱体２０へと伝導させることができる。
熱伝導性絶縁シート３０は、基板１０の形状に合わせて円盤状に形成してあり、表面を基板１０の裏面全体に密接させる。なお、図３（ｂ）に示すように、導線１３を挿通させるための透孔３０ａと、後述する締結部材６０の脚部を挿通させるための透孔３０ｂとがそれぞれ穿設してある。
また、熱伝導性絶縁シート３０は、放熱体２０の平坦な一端面に配置される。このとき、同シートの裏面は、放熱体２０の一端面に全面にわたって接する。

口金座４０は、絶縁性の樹脂材で形成してあり、一端部が放熱体２０（詳しくは、基体２１）の他端部に嵌め込まれる皿状の嵌合部４０ａを形成しており、他端部は口金５０を螺合して装着するための口金装着部４０ｂとなっている。また、口金座４０の中心軸部分は、両端に開口する中空部となっており、また図面には示されていないが嵌合部の底面には、後述する締結座の脚部を挿通させるための透孔が穿設してある。

口金５０は、導電性を有する金属材料で成形してある。口金５０の周壁は、円筒状のねじ部５０ａを形成しており、その内周面が口金座４０の口金装着部４０ｂに螺合する（図２参照）。本実施形態では、口金５０は、屋内照明用として規格化された電球ソケットに適合する形状に加工してある。既述したように、屋内照明用の電球ソケットとしては、例えば、ハロゲンランプ等に適用されるＥ１１規格、ナツメ球やクリプトンランプ等に適用されるＥ１７規格、一般の白熱電球等に適用されるＥ２６規格などが、日本工業規格（ＪＩＳ）や国際規格（ＩＥＣ）に規定されている。口金５０は、これら規格化された屋内照明用の電球ソケットに適合する形状となっており、これにより既存の電球ソケットに装着して屋内交流電源から電力供給を受けて点灯することができる。

締結部材６０は、図１および図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、板状（図では円盤状）の締結座６１と、この締結座６１の裏面から延出する複数本（図では３本）の脚部６２と、タップねじ６３で構成されている。図２に示すように、締結座６１は、基板１０の表面側に配置される。脚部６２は、締結座６１の裏面から一定の間隔を隔てた部位に段付部６２ａが形成してあり、この段付部６２ａから先端側が細くなっている。この段付部６２ａが基板１０の表面に当接することで、締結座６１と基板１０の表面との間に隙間が形成され、当該隙間に点灯回路部品１１が配置されるので、締結座６１が同部品１１と干渉するおそれはない。

締結部材６０は、組み付けられた基板１０、熱伝導性絶縁シート３０、放熱体２０および口金座４０を、軸方向に圧縮しながら固定する機能を備えている。すなわち、図２に示すように、基体２１に放熱フィン部材２２と基板受部２３を嵌め合わせて放熱体２０を構成し、続いて、基板受部２３の一端面に熱伝導性絶縁シート３０を配置した状態で、基板１０を同絶縁シート表面に配置する。このとき、基板１０の裏面から延出する導線１３は、熱伝導性絶縁シート３０、基体２１および口金座４０に穿設した透孔３０ａ、２１ｃを透して先端を口金５０の端子部へ導き、同端子部に半田付けする（図２（ｂ）参照）。次に、締結部材６０の脚部６２の先端を、熱伝導性絶縁シート３０、基体２１に穿設した透孔３０ｂ、２１ｄを透して口金座４０の近傍位置へもっていく。そして、タップねじ６３を、口金座４０の透孔を透して脚部６２の先端面から中心軸にねじ込んでいく（図２（ａ）参照）。このとき、脚部６２がタップねじ６３に引っ張られて、段付部６２とタップねじ６３との間で、基板１０、熱伝導性絶縁シート３０、放熱体２０および口金座４０が軸方向に圧縮される。

このように圧縮した状態で各部品が固定されるため、基板１０と熱伝導性絶縁シート３０、および熱伝導性絶縁シート３０と放熱体２０の相互間は密接する。よって、基板１０上の発光ダイオード１２から発生した熱を、熱伝導性絶縁シート３０を介して放熱体２０へ効率的に伝導させ、放熱フィン部材２２から大気へ放散させることができる。

締結座６１の表面は光反射体７０の装着部となっている。光反射体７０は、内部が空洞をした円錐形状に形成してあり、その表面は発光ダイオード１２からの光を乱反射させるように細かな凹凸を有した面になっている。図２（ｂ）および図３（ｆ）に示すように、締結座６１の表面からは係合部６１ａが突き出ており、一方、光反射体７０の内側には係止片７０ａが底面（開口）に向かって延出しており、当該係止片７０ａを係合部６１ａに係止することで、光反射体７０が締結座６１の表面に装着される。
この光反射体７０の周囲には複数の発光ダイオード１２が放射状に配置されているため、各発光ダイオード１２から発せられて内側へ向かう光を、この光反射体７０が外方へ乱反射させる。このように、光反射体７０を内側に設けることで、光を効率的に放散して明るさの向上を図ることができる。

フード８０は、白色半透明の樹脂材でドーム状に形成してあり、基板１０を覆うようにして基板受部２３の一端面に装着される。フード８０の端縁には、係止爪８０ａと位置決め突起８０ｂが、それぞれあらかじめ設定した位置に形成してある。そして、フード８０の位置決め突起８０ｂを、基板受部２３のフード嵌合部２３ｂに設けた切欠部２３ｃに合わせた状態で、係止爪８０ａをフード嵌合部２３ｂの係合溝（図示せず）に係止する。これにより、フード８０が基板受部２３の一端面に装着される（図２参照）。
例えば、基板受部２３のフード嵌合部２３ｂに形成した係合溝が、切欠部２３ｃと９０゜離れた位置に形成してあるものとすれば、外部から視認できる切欠部２３ｃを基準にして９０゜離れたフード８０の部位を押圧すれば、係合溝と係止爪８０ａとの間の係止状態を解除して、フード８０を基板受部２３から容易に取り外すことができる。

図４は、既存の電球に対応する各種ＬＥＤ照明装置の構成例を示す図である。
同図（ａ）は一般の白熱電球等に適用されるＥ２６規格の電球ソケットに適合する口金５０と、白熱電球に近い色の光を放散するフード８０を装着したＬＥＤ照明装置の構成例を示している。
同図（ｂ）はナツメ球に適用されるＥ１７規格の電球ソケットに適合する口金５０と、ナツメ球に近い色の光を放散するフード８０を装着したＬＥＤ照明装置の構成例を示している。
同図（ｃ）（ｄ）はハロゲンランプ等に適用されるＥ１１規格の電球ソケットに適合する口金５０と、ハロゲンランプに近い色の光を放散するフード８０を装着したＬＥＤ照明装置の構成例を示している。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で種々の変形又は応用が可能である。

１０：基板、１１：点灯回路部品、１２：発光ダイオード、１３：導線、
２０：放熱体、２１：基体、２１ａ：段付部、２１ｂ：位置決め溝、２１ｃ：透孔、２１ｄ：透孔、２２：放熱フィン部材、２２ａ：円筒部、２２ｂ：放熱フィン、２３：基板受部、２３ａ：位置決め突条、２３ｂ：フード嵌合部、２３ｃ：切欠部、
３０：熱伝導性絶縁シート、３０ａ：透孔、３０ｂ：透孔、
４０：口金座、４０ａ：嵌合部、４０ｂ：口金装着部、
５０：口金、５０ａ：ねじ部、
６０：締結部材、６１：締結座、６１ａ：係合部、６２：脚部、６２ａ：段付部、６３：タップねじ
７０：光反射体、７０ａ：係止片、
８０：フード、８０ａ：係止爪、８０ｂ：位置決め突起

Claims (1)

1. 複数の発光ダイオードおよび点灯回路部品を表面に搭載した基板と、
   前記基板の裏面に表面が接する弾力性のある熱伝導性絶縁シートと、
   前記熱伝導性絶縁シートの裏面に一端面が接する放熱体と、
   これら基板、熱伝導性絶縁シートおよび放熱体に対し、軸方向の圧縮力を加えて前記熱伝導性絶縁シートを圧縮するとともに、これら各要素間を密着させる、絶縁性を有した締結部材と、を備え、
   前記放熱体は、一端に平坦面が形成してあり、
   前記熱伝導性絶縁シートは、表面が前記基板の裏面全面に接するとともに、裏面が前記放熱体の一端に形成した平坦面全面に接し、
   前記放熱体は、円柱状の基体と、この基体の外周に嵌め込まれる円筒部の外周面から放射状に多数の放熱フィンが延出している放熱フィン部材と、前記基体の外周に嵌め込まれ、一端面に前記熱伝導性絶縁シートを介して前記基板を受ける基板受部と、を含み、
   これら基体、放熱フィン部材および基板受部は、それぞれ前記締結部材からの圧縮力を受けて互いに軸方向にガタツキなく密接することを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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