JP5501430B2

JP5501430B2 - 照明装置

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Publication number: JP5501430B2
Application number: JP2012244364A
Authority: JP
Inventors: 昌史山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2027-06-19
Also published as: JP2013030495A

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）と、該ＬＥＤを駆動する複数の駆動回路部とを備える照明装置に関する。

最近、小型、省電力、長寿命という特徴を有するＬＥＤを照明に使用した商品の開発が多くなされている。このようなＬＥＤの照明への使用に伴い、照明分野において様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１では、従来の白熱電球の外見をそのまま維持しつつ、いわゆるグローブの中にＬＥＤを設けることにより、従来の白熱電球との互換性を高めたＬＥＤ電球が提案されている。

特許文献２では、ＬＥＤと、入力電圧をＬＥＤ用電圧に変換する電源回路とを、夫々隔てて設けられたケースに収容することにより、電源回路の発熱によって前記ＬＥＤの光出力が低下することを防止できる口金付ＬＥＤユニットが提案されている。

一方、ＬＥＤを用いる照明において輝度を高めるためには、ＬＥＤを高密度に集積する必要があり、このようにＬＥＤが高密度に集積された場合は、ＬＥＤ自身からの発熱によってＬＥＤ自体及び、該ＬＥＤを実装した基板が破壊されると共に、劣化が進むという問題がある。しかし、特許文献１のＬＥＤ電球及び特許文献２の口金付ＬＥＤユニットは、このようなＬＥＤの発熱に伴う問題に対する工夫が十分に考慮されていない。

また、特許文献３には、ＬＥＤとヒートシンクを備え、該ヒートシンクに電源回路を収容する凹部を外部と連通するように設けた発光ダイオードランプについての意匠が開示されている。

特開２００１−２４３８０７号公報特開２００５−２１６４９５号公報意匠登録第１２８４１１６号公報

しかし、上記特許文献１及び２に記載のＬＥＤ電球または口金付きＬＥＤユニットは、ＬＥＤを光源にした照明装置についての先行技術であるが、ＬＥＤの発熱による問題を解決するものではない。ＬＥＤを照明装置の光源として用いる場合には、十分な輝度を確保するために多数のＬＥＤを必要となるため、ＬＥＤからの熱を放熱する構造が必要となるが、上記特許文献に記載の先行技術は、このようなＬＥＤの発熱に伴う問題に対する工夫が十分に考慮されていない。

また、特許文献３の発光ダイオードランプは、ヒートシンクにＬＥＤが設けられ、ＬＥＤからの熱を放熱する構造が開示されているが、前記ヒートシンクにより占められる体積の割合が非常に大きいので、商品の大きさを大きくする原因となり、商品の外観を損なう虞がある。また、ヒートシンクに電源回路を収容する凹部を設け、前記凹部が外部と連通しているので、長期間使用した場合は、外部から埃、塵等が凹部に入り込み、電源回路に接触して引火、故障を起こす虞がある。さらに、前記凹部はヒートシンクの内部の僅かな範囲にのみ設けられているのみであり、照明装置の消費電力の増加に伴う回路部品の点数及び大きさの増加に備える空間が十分に確保されていないといった問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＬＥＤを駆動する駆動回路部の配置を工夫することにより照明装置の大型化を抑えながら、駆動回路部からの熱を放熱する構造を有する照明装置を提供することである。

本発明に係る照明装置は、ＬＥＤと、該ＬＥＤを駆動する駆動回路部と、該駆動回路部を収容する収容部とを有する照明装置において、前記照明装置は、前記ＬＥＤおよび／または前記駆動回路部からの熱を放熱する放熱部と、前記駆動回路部に電気的に接続されると共に、外部電源に接続される口金部と、該口金部および前記放熱部の間に介在し、前記放熱部及び口金部の空洞に挿入された絶縁部とを備え、前記放熱部の空洞及び前記口金部の空洞は連通しており、前記絶縁部は、前記放熱部側の端部が開口した放熱部保持筒と、前記口金部を保持する口金部保持筒とを有し、前記放熱部は、前記放熱部保持筒の前記開口に位置する放熱板を有し、前記放熱部保持筒及び前記口金部保持筒は連結部を介して一体成形され、前記収容部は、前記放熱板及び絶縁部により形成されていることを特徴とする。

本発明に係る照明装置は、前記放熱板には前記ＬＥＤが取り付けられており、前記放熱部は、前記放熱板に取り付けられ、前記放熱部保持筒が挿入される固定筒を有することを特徴とする。

本発明によれば、照明装置の大型化を抑えながら、駆動回路部からの熱を効果的に放熱することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る照明装置の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る照明装置の構成を示す要部分解斜視図である。図１のIII‐III線による概略要部横断面図である。本発明の実施の形態１に係る照明装置の構成を示す概略要部縦断面図である。本発明の実施の形態２に係る照明装置の構成を示す概略要部縦断面図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図面を参照して説明する。図１は実施の形態１に係る照明装置の構成を示す斜視図、図２は要部分解斜視図、図３は、図１のIII‐III線による概略要部横断面図、図４は概略要部縦断面図である。

実施の形態１に係る照明装置は複数の白色ＬＥＤ（図示せず）が実装された光源モジュール１と、光源モジュール１を覆うドーム状の透光部４と、光源モジュール１が発する熱を放熱するための放熱部２と、光源モジュール１を駆動するための複数の駆動回路部品３１，３１，３１…を有する駆動回路部３と、駆動回路部３に電気的に接続されると共に、外部電源に接続される円筒状の口金部５と、口金部５及び放熱部２の間に介在する絶縁部６とを備えている。

光源モジュール１は、矩形のセラミック基板上の中央部に複数の０．１ＷのＬＥＤ（スモールチップ）が密集して実装されている。光源モジュール１の対向する何れか２つの頂点には、光源モジュール１を放熱部２にネジ止めするための貫通孔１１，１１が設けられている。光源モジュール１は熱伝導シート（図示せず）を挟んで後述する放熱部２の放熱板２１にネジ止めされる。

放熱部２は、一面の中央部に光源モジュール１がネジ止めされる円板状の放熱板２１を備え、放熱板２１の縁には周方向に延設され、透光部４の縁と当接する鍔部２４を設けている。放熱板２１の他面の中央部には、後述の放熱フィン２２を固定する固定筒２３が突設されている。固定筒２３の内側は、駆動回路部３の駆動回路部品３１，３１，３１…の一部を収容する収容部として空洞２５が形成されている。

駆動回路部３の収容部である空洞２５は、駆動回路部３をできるだけ内部に収容できるように、光源モジュール１が設けられる面に近接する位置まで形成されていることが照明装置の小型化がなされるので好ましい。また、十分に広さを確保することにより、照明装置の消費電力が大きくなることによる駆動回路部３の大型化にも対応することができ、照明装置の大型化を抑えることが可能である。さらに、駆動回路部３からの熱が空洞２５にこもるが、その場合においても空洞が広いほど高温化を抑えることが可能となる。

また、放熱部２は、複数のＬＥＤを有する光源モジュール１からの熱だけでなく、駆動回路部３からの熱も放熱することが可能である。

放熱板２１の中央部には貫通孔２６，２６，２６，２６を設け、空洞２５に収容される駆動回路部３及び光源モジュール１を接続するリード線２７，２７が、貫通孔２６，２６，２６，２６を挿通している。固定筒２３の外周面には、固定筒２３の軸長方向に長い複数の放熱フィン２２，２２，２２，…が、固定筒２３の周方向に並設されている。各放熱フィン２２，２２，２２，…は、固定筒２３の外周面に固定されると共に、一端２２Ａが放熱板２１の前記他面に固定されている。固定筒２３の外周面から放熱フィン２２の縁までの寸法は、放熱板２１側の一端２２Ａから他端２２Ｂに向けて減少している。放熱板２１、固定筒２３及び放熱フィン２２，２２，２２，…はアルミニウム製であり、一対形成されている。放熱フィン２２，２２，２２，…の他端２２Ｂ側には、絶縁部６が取り付けられている。

放熱部２は以上のような構成を有しているので、光源モジュール１が発する熱は、放熱板２１を介して放熱フィン２２，２２，２２，…に伝導され、放熱フィン２２，２２，２２，…の表面を介して外気中に放出される。

また、放熱フィン２２，２２，２２，…の一端２２Ａ側には、放熱板２１を介して光源モジュール１が設けられ、他端２２Ｂ側には絶縁部６が設けられており、更に絶縁部６には口金部５が固定されているので、実施の形態１に係る照明装置を天井等に設置して使用する際、高温の光源モジュール１が低温の口金部５の下方向にあるので、光源モジュール１から口金部５へ外気の流れを誘導することが可能である。

透光部４は光源モジュール１を覆って保護すると共に、光源モジュール１からの光を透光させる。透光部４は耐衝撃性及び耐熱性に優れた乳白色のポリカーボネート樹脂製であり、縁が放熱板２１の鍔部２４と当接した状態で、放熱板２に固着されている。

絶縁部６は、放熱部２を保持する放熱部保持筒６１と、放熱部保持筒６１の一端に連設され、放熱部保持筒６１及び後述の口金保持筒６４を連結する連結部６３と、口金部５を保持する口金保持筒６４とを備えている。絶縁部６は、放熱部保持筒６１が放熱部２の固定筒２３の内側に挿入された状態で、放熱部２に固定されている。

よって、放熱部２と絶縁部６により、駆動回路部３を収容するための密閉された空洞（収容部）が形成される。従って、外部から埃、塵等が空洞に入り込み、駆動回路部３に接触して引火・故障が生じることを防ぐことができ、照明装置の安全性・メンテナンスの容易さという点で好ましい。

放熱部保持筒６１は、固定筒２３と略等しい軸方向長さ、及び固定筒２３の内径より少し小さい外径を有し、固定筒２３の内側に挿入され、外嵌固定される。また、放熱部保持筒６１は連結部６３側の一端部に、絶縁部６を放熱部２に係止するための凸部６２，６２を設けている。固定筒２３の内側には凸部６２，６２に対応する凹部（図示せず）が設けられており、該凹部及び凸部６２，６２の作用によって絶縁部６が放熱部２に係止固定される。

連結部６３は漏斗状をなしており、放熱部保持筒６１側の一端部の縁にて、内周面が放熱部保持筒６１の内周面と面一になるように連設されている。連結部６３の他端部には、口金部保持筒６４が連設されており、前記一端部から前記他端部に向けて縮径している。連結部６３は前記一端部の縁に、放熱部２の一端と当接する扁平の保持面６５を有している。一方、連結部６３は前記他端部の縁に、口金部５の縁と当接する扁平の保持面６６を有している。

口金部保持筒６４は、連結部６３の前記他部の縁にて連設さられており、口金部５より短い軸方向長さ、及び口金部５の内径より少し小さい外径を有している。口金部保持筒６４は口金部５の内側に挿入され、外嵌固定される。

放熱部保持筒６１、連結部６３及び口金部保持筒６４は、プラスチック製であり、一対成形されている。また、放熱部保持筒６１、連結部６３及び口金部保持筒６４は同心的に設けられている。

口金部５は、内側に空洞５１を有しており、一端側が開口し、他端側には底を有している。また、口金部５は、一端側の縁部が絶縁部６の連結部６３の保持面６６と当接された状態に、絶縁部６に固定されており、外周面には電球ソケットと螺合するためのネジ加工が施されている。口金部５の前記外周面は一極端子５２の役割をなしており、前記底面には外周面の一極端子５２と絶縁して他極端子５３が突設されている。他極端子５３及び一極端子５２は、リード線５４，５４を介して駆動回路部３に電気的に接続している。

駆動回路部３は、長方形の回路基板３２の上に複数の駆動回路部品３１，３１，３１…が実装されている。回路基板３２は、口金部保持筒６４の内径より大きく、放熱部保持筒６１の内径より小さい寸法の幅と、絶縁部６内に収容可能な適宜の長さとを有している。一部の駆動回路部品、例えばトランジスタＴは長いリード線によって回路基板３２と接続されており、回路基板３２から隔てて配設することが可能である。

上述のように、放熱部２の固定筒２３の空洞２５には絶縁部６の放熱部保持筒６１が挿入されており、口金部５の空洞５１には絶縁部６の口金部保持筒６４が挿入されている。また、放熱部２の固定筒２３の空洞２５及び口金部５の空洞５１は、絶縁部６を介して連通されている。従って、駆動回路部３は放熱部２の空洞２５内であって放熱部保持筒６１の内側に収容され、トランジスタＴは口金部５の空洞５１内であって口金部保持筒６４の内側に収容されることが出来る。

上述の実施の形態１においては、駆動回路部品３１，３１，３１…の内、一部は放熱部２の空洞２５に収容され、他の一部（トランジスタＴ）は口金部５の空洞５１に収容される場合について説明したが、これに限るものでなく、可能であれば、放熱部２の空洞２５に全部収容しても良い。つまり、少なくとも放熱部２を一部分として、駆動回路部３の収容部である空洞２５が密閉されていれば、放熱部２内部に駆動回路部３を収容することができ、かつ、駆動回路部３からの熱も放熱することが可能となる。

（実施の形態２）
図５は実施の形態２に係る照明装置の構成を示す概略要部縦断面図である。なお、実施の形態１と同一の部分については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

実施の形態２に係る照明装置は、駆動回路部３の駆動回路部品３１，３１，３１…が発する熱を、放熱部２に伝導する熱伝導シート７を備えている。熱伝導シート７は、輪になるように巻かれており、駆動回路部品３１，３１，３１…及び放熱部２の固定筒２３の内周面により挟持されている。つまり、熱伝導シート７は、駆動回路部品３１，３１，３１…及び放熱部２の固定筒２３の内周面と接しているので、駆動回路部品３１，３１，３１…が発する熱は、熱伝導シート７を介して放熱部２の固定筒２３及び放熱フィン２２，２２，２２，…に伝導され、放熱フィン２２，２２，２２，…の表面を介して外気中に放出される。

一方、実施の形態１及び実施の形態２において、光源モジュール１が発する熱を、放熱部２が外気中に放熱するために必要とされる面積（以下、放熱面積と言う）は照明装置の輝度によって異なり、輝度の増加と共に発熱量も増加するので、要求される放熱面積も増加する。従って、上述した実施の形態の照明装置は、放熱部が下記の条件を満たすように、放熱フィンの形状及び枚数が設計されていることが好ましい。より適切な放熱を行う上、照明装置の小型化を図るために、シミュレーションによる必要放熱面積の求めを行った。シミュレーションは「ANSYS Simulation ９．０」を用いて行い、周囲温度を４０℃とし、４０℃以上の温度上昇を抑制することを目的としており、その詳しい条件は以下のとおりである。

複数のＬＥＤが実装され、発熱量が８．６５×１０⁶Ｗ／ｍ³である、厚み１ｍｍのＬＥＤチップが、厚み１ｍｍの熱伝導シート（熱伝導率５．０Ｗ／ｍ・Ｋ）を挟んで、矩形のアルミニウム基板の表側に固定されている場合を条件とした。前記アルミニウム基板は、熱伝導率が２３７Ｗ／ｍ・Ｋであり、１ｍｍの厚み及び１１２ｍｍ×１１２ｍｍの面積を有し、外気（熱伝導率５．８Ｗ／ｍ²・Ｋ）による空冷のみが行われることとした。なお、前記空冷は前記アルミニウム基板の裏側からのみ行われることとした。

上述した条件でシミュレーションを行った結果、照明装置が２０形の場合は１２５００ｍｍ² 、４０形の場合は２５０００ｍｍ² 、６０形の場合は３７５００ｍｍ²の放熱面積つまり、前記アルミニウム基板の裏側面積が必要とされていた。換言すれば、放熱部２が外気による空冷を行い、４０℃以上の温度上昇を抑制するためには、放熱フィン２２，２２，２２，…及び固定筒２３が外気と接して空冷を行う面積が、２０形の場合は１２５００ｍｍ² 、４０形の場合は２５０００ｍｍ² 、６０形の場合は３７５００ｍｍ²である必要がある。しかし、実際の使用においては、扁平な面にて空冷が行われることでなく放射状に並設された放熱フィン２２，２２，２２，…の表面にて空冷が行われること、照明装置の見栄えを悪くしないように、所定のケース、カバー等の収容部材内に装着されること等を考慮すべきである。例えば、２０形の場合は、１２５００ｍｍ² より６０％広い２００００ｍｍ² 程度の放熱面積が望ましい。

以上、実施の形態１及び２において、光源としてＬＥＤを採用した実施形態を例示して説明したが、これに限られるものではなく、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）でもよい。放熱部は、内部に駆動回路部を収容して小型化を可能とし、光源及び駆動回路部からの熱を放熱できることから、広く他の光源についても適用可能である。

１光源モジュール
２放熱部
５口金部
７熱伝導シート
２１放熱板
２２放熱フィン
２３固定筒
２５空洞
３１駆動回路部品
５１空洞

Claims

ＬＥＤと、該ＬＥＤを駆動する駆動回路部と、該駆動回路部を収容する収容部とを有する照明装置において、
前記照明装置は、
前記ＬＥＤおよび／または前記駆動回路部からの熱を放熱する放熱部と、
前記駆動回路部に電気的に接続されると共に、外部電源に接続される口金部と、
該口金部および前記放熱部の間に介在し、前記放熱部及び口金部の空洞に挿入された絶縁部とを備え、
前記放熱部の空洞及び前記口金部の空洞は連通しており、
前記絶縁部は、
前記放熱部側の端部が開口した放熱部保持筒と、前記口金部を保持する口金部保持筒とを有し、
前記放熱部は、前記放熱部保持筒の前記開口に位置する放熱板を有し、
前記放熱部保持筒及び前記口金部保持筒は連結部を介して一体成形され、
前記収容部は、前記放熱板及び絶縁部により形成されていることを特徴とする照明装置。
前記放熱板には前記ＬＥＤが取り付けられており、
前記放熱部は、前記放熱板に取り付けられ、前記放熱部保持筒が挿入される固定筒を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。