JP5505623B2

JP5505623B2 - 照明器具

Info

Publication number: JP5505623B2
Application number: JP2010043238A
Authority: JP
Inventors: 光三小川; 一斎樋口; 重利小宮山; 厳與森山
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011181280A

Description

本発明は、発光ダイオード等の固体発光素子を光源とする照明器具に関する。

近年、フィラメント電球に代わって、寿命が長く、また消費電力の少ない固体発光素子である発光ダイオードを光源として採用した照明器具が商品化されている。例えば、特許文献１に示されるものは、発光ダイオードを光源としたダウンライトで、段落番号［００４１］［００４２」に記載されているように、光源部が４個のＬＥＤと反射体からなり、４個のＬＥＤは直径が約６０ｍｍの円盤状の配線基板上に同心状に等間隔に配置して実装された、いわゆる、ＳＭＤ（ＳｕｒｆａｃｅＭｏｕｎｔＤｅｖｉｃｅ）タイプのダウンライトが示されている。

また、特許文献２（特に、段落番号［００２８］）には、回路基板上に複数のＬＥＤチップを、ＣＯＢ（ＣｈｉｐｏｎＢｏａｒｄ）技術を使用してマトリックス状に実装した発光モジュールを用いたダウンライト等の照明器具が示されている。

特開２００８−１８６７７６号公報特開２００８−３００２０７号公報

一方、この種の照明器具において、近年ますます大光量の器具が要求されており、例えば、ＳＭＤタイプのもので大光量のダウンライトを構成することになると、発光ダイオードを多数実装する必要があり器具が大型化することから、天井等の所定の埋め込み穴寸法内に収まらない問題が生じる。

また、ＣＯＢ基板の場合には大光量化を達成することができるが、特許文献２に示すように、１枚のＣＯＢ基板を使用した場合には、発光ダイオードの発熱が一箇所に集中して放熱性が悪くなる。これを改善するためには放熱面積を多くする必要があり器具を小形に構成することができない。同時にダウンライトとしてのスポット的な配光を得るためには、反射体を深くする必要があり小形化が困難となる。このため、この種の発光ダイオード等の固体発光素子を用いた照明器具においては、小形で如何に大光量化を実現するかが重要な課題となっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、大型化することなく、必要な放熱性と所定の配光性能を得ることができる小形で大光量の照明器具を提供しようとするものである。

請求項１に記載の照明器具の発明は、基板、前記基板の表面に実装された複数の発光素子、前記発光素子を覆う封止部材、および前記基板に設けられた電気接続部を有し、前記電気接続部にリード線が電気的に接続されるＣＯＢ形の複数の発光モジュールと；中央に内側面から外側面に貫通する挿通孔が形成され、前記内側面に凹部が形成され、前記挿通孔を囲むように前記内側面に前記複数の発光モジュールが分散して配設され、前記複数の発光モジュールの前記電気接続部に電気的に接続される前記リード線が前記凹部に配線可能とする熱伝導性材料で構成された器具本体と；前記複数の発光モジュールにそれぞれ対応し、前記各発光モジュールから出射した光を制御する反射部を有する反射体と；を具備しているものである。

本発明において、照明器具は、天井等の被設置体に対して所定の埋め込み穴寸法をもって設置されるダウンライトやスポットライト等に適用することが好適であるが、その他の住宅用や店舗、オフィスなど施設・業務用等の各種の小形の照明器具を構成してもよい。

器具本体は、例えば、円筒状をなす本体の一端部側に発光部を配設したものが許容される。また、発光部から発生する熱を放熱するために、熱伝導性の良好な、アルミニウム、銅、鉄等の金属からなる熱伝導性部材で構成されることが好ましいが、セラミックスや高熱伝導性樹脂等の合成樹脂で構成されたものであってもよい。

固体発光素子は、発光ダイオード、半導体レーザ、有機ＥＬなどの固体発光素子で構成されることが許容される。固体発光素子を実装した１枚の発光モジュールは、例えば、正方形や長方形をなす基板に多数の固体発光素子をマトリックス状に配置したものが一般的であるが、千鳥状または放射状など、規則的に一定の順序をもって一部または全体が面状に配置され実装されたものであってもよい。

発光モジュールは、器具本体に分散して配設されることから、発生する熱も分散され効果的に放熱させることができる。同時に、発光モジュールが分散されることから、分散された発光モジュール個々に反射部を設ける構成となることから、配光角を制御する反射体の深さを低くすることが可能となる。これら効果的な構成によって、器具の大型化を抑制することができる。

反射体は、複数の発光モジュールにそれぞれ対向し、各発光モジュールから出射した光を制御する反射部を有するもので、この反射部は、例えば、１枚の発光モジュールに対向する光源側開口部、および光源からの光を出射する拡開した出射側開口部を有し、これらが一体となって反射体を構成してもよいし、個々に反射体として構成したものであってもよい。また、例えば、部屋の中心部を主として照明するために、周囲にわたり光度の変化が比較的少ない配光を得るための反射体が許容される。また、光源側開口部から出射側開口部に向けて傾斜させて反射面を形成し、発光モジュールから放射される光を反射させ、さらに回転対象となる配光を得るために、発光モジュールの発光領域を囲繞するように横断面が円形をなす「すり鉢状」の凹部で形成してもよい。また、例えば、横断面が矩形状をなす「すり鉢状」の凹部などの形状でもよい。また、反射面は連続した曲面で形成されていることが好ましいが、一部に平面状をなす面が形成されたものであってもよい。

反射体の材質は、光の反射性能を考慮して、耐光性、耐熱性および電気絶縁性を有する白色の合成樹脂、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）や、アクリルやＡＢＳ等の合成樹脂で一体に形成してもよい。また、その表面を白色に塗装しても、アルミニウムや銀等の金属を蒸着若しくはメッキなどを施して鏡面または半鏡面に加工したものであってもよい。さらに、アルミニウムや銅等の金属で構成し、上記の合成樹脂と同様に白色塗装や蒸着若しくはメッキ等を行ってもよい。さらに、各種の模様等を施したものであってもよい。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の照明器具において、前記器具本体の前記外側面に前記挿通孔を囲むように複数の放熱フィンが一体に形成されているものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の照明器具において、全光束が４０００ｌｍ以上である。

請求項１記載の発明によれば、器具本体に分散して配設された複数の発光モジュールと、複数の発光モジュールにそれぞれ対応し、各発光モジュールから出射した光を制御する反射部を有する反射体により、大型化することなく、必要な放熱性と所定の配光性能を得ることができる小形で大光量の照明器具を提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、器具本体の外側面に挿通孔を囲むように複数の放熱フィンを一体に形成できる。

請求項３記載の発明によれば、全光束が４０００ｌｍ以上にできる。

本発明の第１の実施形態に係る照明器具を示す図で、（ａ）は図２のａ−ａ線の沿う断面図、（ｂ）は（ａ）図の要部を拡大して示す断面図。同じく照明器具を枠部材、カバー部材および反射体を外した状態で示す上面図。同じく照明器具の底面図。同じく照明器具の発光モジュールを模式的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ線に沿う断面図。同じく照明器具を示し、（ａ）は枠部材およびカバー部材を外した状態で示す上面図、（ｂ）は反射体の断面図。従来の照明器具における図５に相当する図で、（ａ）は枠部材およびカバー部材を外した状態で示す上面図、（ｂ）は反射体の断面図。本発明の第１の実施形態に係る照明器具を天井に設置した状態を示す断面図。同じく第１の実施形態に係る照明器具の変形例を示し、（ａ）は第１の変形例の要部を示す断面図、（ｂ）は第２の変形例の要部を示す断面図。本発明の第２の実施形態に係る照明器具の実験データを示し、（ａ）は実験条件を示す図、（ｂ）は角度とＢＣＤ平均輝度の関係を示すグラフ、（ｃ）は開口径と輝度の関係を示すグラフ。本発明の第３の実施形態に係る照明器具の実験データを示し、（ａ）はダウンライトの配光曲線、（ｂ）は在室者が段差の異なる反射体を目視した場合の角度差を示す図。

以下、本発明に係る照明器具の実施形態につき図に従い説明する。

本実施例の照明器具１０は、φ約１５０ｍｍの埋め込み穴に設置されるダウンライト形の照明器具を構成したもので、図１に示すように、熱伝導性部材で構成される器具本体１１、固体発光素子１２を実装した発光モジュール１３を器具本体に分散して配設した発光部１４、複数の発光モジュールにそれぞれ対向し、光を出射方向に向けて反射すると共に、光の配光角を所定の角度に設定する複数の反射部１５ａを有する反射体１５、反射体の前面に設けられた透光性のカバー部材１６、反射体を囲むように設けられた枠部材１７で構成する。

器具本体１１は、放熱性を高めるために熱伝導性の良好な金属、本実施例では、アルミダイカストで構成された横断面形状が略円形の円筒状をなし、一端部側に開口部１１ａを有し他端部側が閉塞された椀状のケース体となるように構成され、内部に形成される凹部１１ｂに発光部１４が収納され、外周面および底面に多数の放熱フィン１１ｃが一体に形成される。本実施例において、器具本体１１の開口径φ１、すなわち、開口部１１ａの直径寸法は、約１３５ｍｍに形成した（図２参照）。

固体発光素子１２は、本実施例では発光ダイオードチップ（以下「ＬＥＤチップ」と称す）で構成し、ＬＥＤチップ１２は、同一性能を有する複数個のＬＥＤチップ、本実施例では高輝度、高出力の青色ＬＥＤチップで構成する。このＬＥＤチップ１２は、基板に実装されて発光モジュール１３を構成する。

本実施例では、１枚で全光束１０００ｌｍの光出力を有する発光モジュール１３を６枚使用して、ダウンライト器具として必要な全光束６０００ｌｍの光出力を達成するように構成する。そのため、上記の６枚の発光モジュール１３は、図２に示すように、全て同一の構成からなり、基板１３ａと基板の一面側（表面側）にＬＥＤチップ１２を実装し、平面視が正方形となるように、複数のＬＥＤチップ１２上を覆うように黄色蛍光体が設けられて構成される。

各発光モジュール１３を構成する基板１３ａは、図４に模式的に示すように、本実施例では、良好な熱伝導性を有するアルミニウム製の薄い長方形の平板で構成する。基板１３ａの表面側には、一側縁側に余白ｓ１を残して、略正方形をなす土手部を形成し浅い正方形の収容凹部１３ｂを形成し、この収容凹部の底面、すなわち、基板１３ａの表面に、上述した複数のＬＥＤチップ１２（青色ＬＥＤチップ）を略マトリックス状に実装する。また、略マトリックス状に規則的に配置された各青色ＬＥＤチップ１２間は、配線パターンとボンディングワイヤによって直列に接続される。

上記に構成された第１基板１３の収容凹部１３ｂには、黄色蛍光体を分散・混合した封止部材１３ｂ１が塗布または充填されて発光モジュール１３が構成される。そして、上述した青色ＬＥＤチップ１２から放射される青色光を透過させると共に、青色光によって黄色蛍光体を励起して黄色光に変換し、透過した青色光と黄色光が混光して白色の光が発光モジュール１３から放射される。本実施例における発光モジュール１３における発光面は、土手部内側の封止部材１３ｂ１全体であり、発光面の面積は、約１５ｍｍ角に形成した。

上記に構成された発光モジュール１３は、図２に示すように、ダウンライト器具として必要な光出力、すなわち、全光束６０００ｌｍを、器具本体１１に分散して配設することにより達成している。発光部１４を構成する発光モジュール１３は、６枚が用意され、器具本体１１の一端部側の開口部１１ａから凹部１１ｂ内に、それぞれ６枚が挿入され凹部の底面に熱的に結合するように固定される。すなわち、各発光モジュール１３は、器具本体１１の円形の開口部１１ａから光が均等に放射されるように、中央部にスペースＳが形成されるように環状に略等間隔に、本実施例では、６枚の各発光モジュール１３を、その長手方向の軸線ｙ−ｙが、それぞれ６０°の角度をもって放射状に略等間隔に分散して配設されるように構成する。

さらに、各発光モジュール１３は、器具本体１１の凹部１１ｂからなる狭い収納スペースを有効に活用して、器具本体１１の大型化を防ぐために、基板１３ａの一部を重ねて配設する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、各発光モジュール１３を固定する凹部１１ｂの底面には、凹嵌部１１ｄが形成されている。この凹嵌部１１ｄは、隣り合う発光モジュール１３における凹部１１ｂの底面の一方に対応して一体に形成する。換言すれば、一つ置きに凹嵌部１１ｄが１２０°の角度をもって放射状に略等間隔に、また凹嵌部１１ｄの隣に段部１１ｅが１２０°の角度をもって放射状に略等間隔に形成される。この凹嵌部１１ｄは、発光モジュール１３の長方形をなす基板１３ａが、そのまま嵌合する大きさ形状に形成され、また、段部１１ｅの面積は、長方形をなす基板１３ａが載置される大きさに形成される。凹嵌部１１ｄの底面および段部１１ｅの表面は、基板１３ａを密着して固定するために、平坦な面に形成する。図中ｔ１は、凹嵌部１１ｄと段部１１ｅの段差寸法であり、本実施例では、約５ｍｍに設定した。すなわち、基板１３ａ、１３ａ´は段差を設けて配設されている。

そして、６枚の発光モジュール１３の基板１３ａを、図２に示すように、３枚が凹嵌部１１ｄに３枚が段部１１ｅに固定される。この際、各基板１３ａは、その余白ｓ１部分の角が重なるようにして配設される。凹嵌部１１ｄに嵌めこまれた基板１３ａは、ピン１１ｆによって位置決めされ、また段部１１ｅに載置された基板１３ａ´は、ピン１１ｇによって位置決めされる。さらに、各基板１３ａ、１３ａ´は、器具の中心側において、基板１３ａ、１３ａ´の周縁に形成した切欠部が重なるように配置されており、ピン１１ｈによって、この切欠部が係止され２枚の基板が同時に位置決めされている。なお、必要に応じて、耐熱性を有し熱伝導性および電気絶縁性の良好なシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等で構成された接着剤やシート等（図示せず）を介して、凹嵌部１１ｄと段部１１ｅの平坦な面に対して密着させてもよい。上記のように、基板１３ａ、１３ａ´の一部を重ねて配設することによって、器具本体１１の凹部１１ｂからなる狭い収納スペースを有効に活用することができ、器具本体１１の大型化を防ぐことができる。

上記により、６枚の基板１３ａが、中央部に凹部からなるスペースＳが形成されるように、換言すれば、器具本体の中心には発光モジュール１３を配置しないようにして、環状に略等間隔に配設され、さらに、基板１３ａの一部が重なるようにして配設されて発光部１４が構成される。この発光部１４は、上述したように、ダウンライト器具として必要な全光束６０００ｌｍを、１枚当たり全光束１０００ｌｍの発光モジュール１３を６枚用いて、器具本体１１に環状に等間隔に配設することにより達成するものである。

また、上記のように各発光モジュール１３を凹嵌部１１ｄと段部１１ｅに密着して固定することによって、発光モジュール１３から発生する熱を、アルミダイカスト製の器具本体１１から多数の放熱フィン１１ｃを介して外部に放熱させる。特に、各発光モジュール１３を分散させて器具本体１１に配設することにより、発光モジュール１３から発生する熱が中央部に集中することなく、器具本体１１に対して略均等に分散されることから効果的に放熱させることができる。因みに、特許文献２に示すように、１枚の大きな発光モジュールによって構成した場合には、器具本体の中央部分に熱が集中して効果的な放熱が行えない。

そして、各発光モジュール１３には、配線用のコネクタ１３ｃが設けられ、各発光モジュール１３のコネクタ１３ｃは、それぞれが中央部のスペースＳに向くように、器具本体１１の中心側に位置して設けられる。また凹部からなるスペースＳの底面には、器具本体１１の中心から底面に向けて貫通する電線挿通孔１１ｋが形成され、各発光モジュール１３のコネクタ１３ｃに接続されたリード線ｗが束ねられて、図３に示すように、この電線挿通孔１１ｋから器具本体１１の底面を介して外部に引き出される。図３中１８は、電線挿通孔１１ｋを塞ぐための天板で、引き出されたリード線ｗを電線挿通孔１１ｋの端部との間ｚで挟み込んで固定することにより、器具本体１１の中心部でリード線の張力留めを行う。また、引き出されたリード線は、別置きの電源ユニットＥの出力端子に接続される。なお、６枚の発光モジュール１３は、３枚ずつが直列に接続され、直列に接続されたものが、さらに並列に接続されるもので、リード線ｗは、この配線を簡単にできるようにハーネス化させて形成する。

これにより、複数の発光モジュール１３は、中央部にスペースＳが形成されるように環状に略均等に分散して配設したので、周囲に略均等に光を放射させることができると共に、中央部のスペースＳを利用して複数の発光モジュール１３における電気接続を行うことができ、格別な配線スペースが不要となって器具の大型化、特に器具の高さ方向の大型化を抑制することができる。また、中央部のスペースＳにおける電線挿通孔１１ｋの周囲の凹部内に、リード線ｗの余分となった部分も収納することができる。また、リード線ｗと基板１３ａとの結線は、全てコネクタ１３ｃで行うことができ配線が容易となって器具の組み立て性が向上する。さらに、これら結線は、基板１３ａ、すなわち、発光モジュール１３が配置されていないスペースＳ内で行うことができ、結線作業がし易いと共に、基板１３ａの放熱の妨げにならない。

反射体１５は、図５に示すように、発光部１４における６枚の発光モジュール１３にそれぞれ対向し、光を出射方向に向けて反射すると共に、光の配光角を所定の角度に設定するもので、個別の６個の反射部１５ａを一体に構成することによって構成される。個別の反射部１５ａは、ＬＥＤチップ１２側に対向する光源側開口部１５ｂ、およびＬＥＤチップ１２からの光を出射する拡開した出射側開口部１５ｃを形成し、光源側開口部１５ｂから出射側開口部１５ｃに向けて連続して傾斜する反射面１５ｄを一体に形成する。反射面１５ｄは、ＬＥＤチップ１２から放射される光を反射させ、さらに周囲にわたり光度の変化が比較的少ない回転対象となる配光を得るために、ＬＥＤチップ１２の発光領域を囲繞するように横断面が円形をなす「すり鉢状」の凹部をなすように構成される。上記に構成された個別の反射部１５ａは、６枚の発光モジュール１３の、それぞれのＬＥＤチップ１２に対応して６個が設けられることにより反射体１５が構成される。

この反射体１５は、耐光性、耐熱性および電気絶縁性を有する白色の合成樹脂、本実施例では、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）により円盤状に一体に構成する。この円盤には、本実施例では６枚の発光モジュール１３に対応した６個の個別の反射部１５ａが、同心円上に略等間隔になるように一体に形成される。反射体１５は、その表面、および、個々の反射部１５ａにおける光源側開口部１５ｂ、反射面１５ｄ、出射側開口部１５ｃにわたって、アルミニウムによる蒸着膜を施すことによって鏡面に加工される。

上記に構成された反射体１５は、器具本体１１の凹部１１ｂ内に落とし込むことによって嵌めこまれる。この際、反射体１５の個別の反射部１５ａが、環状に略等間隔に配設された６枚の発光モジュール１３に、それぞれ対向し出射側開口部１５ｃによって、正方形に実装されたＬＥＤチップ１２の発光面を囲み、各基板１３ａ、１３ａ´を抑えつけることで各発光モジュール１３を固定する。反射体１５の固定は反射体１５の裏面側に一体に設けられた取付用のボスに対して、器具本体１１の底面側から挿入されるネジによって固定される。なお、図５（ｂ）に示すように、段部１１ｅに固定された発光モジュール１３´に対応する反射部１５ａ´の高さ寸法ｈ１は、凹嵌部１１ｄに固定された発光モジュール１３に対応する反射部１５ａの高さ寸法ｈ２より、段差寸法ｔ１だけ低くなるように形成されている（ｈ２−ｈ１＝ｔ１）。

上記のように反射体１５が６枚の発光モジュール１３に対応して設けられることにより、光を出射方向に向けて反射すると共に、光の配光角を所定の角度に設定することができる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１２における配光角α１は、個別の反射部１５ａの光源側開口部１５ｂから出射側開口部１５ｃの高さｈ１によって設定される。本実施例の場合は、低い高さ寸法ｈ１によって目的とするダウンライトとしての配光角を約６０°（α１＝約３０°）の中角配光に設定することができる。因みに、従来のように、１枚の大きな発光モジュールによって配光角６０°の中角配光を設定するためには、図６（ｂ）に示すように、本実施例における高さ寸法ｈ１より高い寸法ｈ３が必要となり（ｈ１＜ｈ３）、反射体が大きくなって、特に高さ寸法が大きくなって、器具本体の小形化を達成することができなくなる。このように、発光モジュール１３を分割し分散して配設することにより、配光角を制御する反射体の深さを低くすることが可能となり、器具の大型化を抑制することができる。なお、従来例を示す図６には、本実施例と同一部分に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

上記に構成された反射体１５には、図１（ａ）に示すように、透光性のカバー部材１６が設けられる。カバー部材１６は、反射体１５の出射側開口部１５ｃを覆うことによって、発光モジュール１３の充電部、すなわち、ＬＥＤチップ１２等を保護するためのもので、６個の出射側開口部１５ｃを全て覆うように、また、グレアを防ぐためにフロストをかけた半透明の円板からなるアクリル樹脂で構成され、反射体１５の外周面に対して、アクリル樹脂に一体に形成した支持脚１６ａを係止させることによって支持される。カバー部材は、透明な樹脂でも、透明または半透明のガラスで構成してもよい。

１７は、反射体１５を囲むように設けられるリング状の枠部材で、熱伝導性の良好な金属、本実施例では鋼板に白色塗装を施したリング状の軽量な化粧枠として構成する。枠部材１７の内径寸法は、円盤状をなす反射体１５およびカバー部材１６の外径寸法より若干大きな寸法に形成し、高さ寸法（深さ寸法）を反射体１５に設けたカバー部材１６までの高さ寸法より大きく形成して、反射体１５およびカバー部材１６が枠部材１７の内周面によって囲まれ、反射体１５の外周が白色の綺麗な化粧枠である枠部材１７によって囲まれる。また、枠部材１７は、その底部の開口に、内周方向に突出する支持片１７ａを一体に形成し、支持片１７ａを器具本体１１の凹部１１ｂの底面に載置してネジ１７ｂで周囲４箇所程度を固着する。これにより、アルミダイカスト製の器具本体１１と鋼板からなる枠部材１７が熱的に連結され、発光モジュール１３から発生する熱を枠部材１７から放熱させる。なお、枠部材１７は、アルミニウム板で構成しても、さらには、反射体１５と同様に、耐光性、耐熱性および電気絶縁性を有する白色の合成樹脂、例えば、白色などのＰＢＴにより構成してもよい。図３中２０は、器具本体１１の外周面に略等間隔に設けられたステンレス製の板バネからなる３本の取付具である。

上記により、器具として必要な光出力を、分割した複数の発光モジュールを器具本体に分散して配設することにより、すなわち、１枚で全光束１０００ｌｍの光出力を有する発光モジュール１３を６枚使用して、ダウンライト器具として必要な全光束６０００ｌｍの光出力を達成した小形で大光量のダウンライト形の照明器具１０が構成される。

上記に構成されたダウンライト形の照明器具１０は、図７に示すように、被設置面である天井Ｘに単体若しくは複数個を送り用ケーブルにより接続させて使用する。先ず、天井Ｘの所定の位置に円形の埋め込み穴３０を形成する。埋め込み穴３０の直径寸法は、本実施例では約１５０ｍｍの円形の貫通孔を形成する。

次に、予め商用電源に接続され、天井裏等に設置された別置きの電源ユニットＥの出力端子に、器具本体１１の底面から引き出されたリード線ｗを接続する。リード線ｗを接続した状態で、器具本体１１の板バネからなる取付具２０を手で内方に撓ませて器具本体１１と共に埋め込み穴３０に挿入し、枠部材１７の突出した裏面側を天井面Ｘに当接させ位置を決める。

位置が決まった状態で取付具２０から手を離す。これにより板バネが自らの弾性により元の状態に復帰して埋め込み穴３０の内面に圧接し、その圧接力により器具本体１１が天井Ｘに固定される。埋め込み穴３０の切り口は化粧枠となる枠部材１７によって綺麗に覆われる。この際、器具本体１１は、上述したように大型化が抑制され、大光量・高出力でありながら小形に構成されているので、例えば、天井裏に突出した梁、断熱材、空調用やケーブル用のダクト等に器具本体２０の上面が当たって設置できなくなるようなことがない。

上記に設置されたダウンライト形の照明器具１０を点灯すると、各発光モジュール１３から出射された光が反射体１５の回転放物面からなる個別の反射面１５ｄで反射すると共に、配光角が制御され周囲にわたり光度の変化が比較的少ない配光特性をもって、部屋の中心部が比較的明るく、周囲にわたって徐々に暗くなるダウンライトとしての配光特性をもった照明を行うことができる。

この際、１枚で全光束１０００ｌｍの光出力を有する発光モジュール１３を６枚使用して、ダウンライト器具として必要な全光束６０００ｌｍの光出力で照明を行う。同時に、６枚の発光モジュール１３は、中央部にスペースＳが形成されるように環状に略均等に分散して配設したので、周囲に均等に光を放射させる。また、個別の反射部１５ａの反射光を反射体１５で遮光するので、所望の配光角を得ることができると同時に眩しさを低減させることもできる。

また、各発光モジュール１３のＬＥＤチップ１２から発生する熱は、基板１３ａが密着して固定された器具本体１１における凹部１１ｂの底面に直接伝達され、さらに表面積の大きな本体側壁にも伝達されて多数の放熱フィン１１ｃを介し外部に放熱される。この放熱作用は、６枚の発光モジュール１３を環状に略均等に分散させて器具本体１１に配設したので、ＬＥＤチップ１２から発生する熱が器具本体１１の底面中央部に集中することなく、器具本体１１に対して略均等に分散され効果的に放熱される。また、同時に、器具本体１１の凹部１１ｂの底面に固定され鋼板製の枠部材１７からも放熱される。これら放熱作用により、各ＬＥＤチップ１２から発生する熱を十分効果的に放熱させることができる。

以上、本実施例においては、１枚で全光束１０００ｌｍの光出力を有する発光モジュール１３を６枚使用して、ダウンライト器具として必要な全光束６０００ｌｍの光出力を達成するように構成した。

この分割した複数の発光モジュール１３を器具本体１１に分散して配設する構成をとることによって、周囲に略均等に光を放射させると共に、発光モジュール１３で発生する熱を分散して器具側へ放熱させることができる。また、発光モジュール１３から発生する熱が中央部に集中することなく、器具本体１１に対して略均等に分散されることから効果的に放熱させることができる。発光モジュール１３を分割し分散して配設することにより、配光角を制御する反射体１５の深さを低くすることが可能となり、器具の大型化を抑制することができる。基板１３ａの一部を重ねて配設することによって、器具の大型化を防ぐことができる。複数の発光モジュール１３は、中央部にスペースＳが形成されるように環状に略均等に分散して配設したので、中央部のスペースＳを利用して電気接続を行うことができ、格別な配線スペースが不要となって器具の大型化を抑制することができる。これら特有の作用効果により、器具を大型化することなく、必要な放熱性と所定の配光性能を得ることによって、発光モジュールを用いることを可能とした小形で大光量の照明器具を提供することができた。

また、本実施例によれば、中央部のスペースＳにおける電線挿通孔１１ｋの周囲に、リード線ｗの余分となった部分も収納することができ、リード線ｗと基板１３ａとの結線は、全てコネクタ１３ｃで行うことができ配線が容易となり器具の組み立て性が向上する。結線は、発光モジュール１３が配置されていないスペースＳ内で行うことができ、結線作業がし易いと共に、基板１３ａの放熱の妨げにならない等、発光モジュールを器具本体に分散して配設することによる種々多様な、さらなる作用効果を奏することができる。

以上、本実施例において、鋼板製の枠部材１７を器具本体１１の凹部１１ｂの底面に固定し、各発光モジュール１３のＬＥＤチップ１２から発生する熱を放熱させるように構成したが、図８（ａ）に示すように、発光モジュールの基板１３ａを器具本体の凹部１１ｂの底面に密着させ、その上に枠部材１７を載置し、その上にさらに、反射体１５の鍔部１５ｅを載置し、これらを鍔部１５ｅの上面からネジ１１ｊで器具本体の凹部１１ｂに対して締め付けて固定するように構成してもよい。

この構成によれば、反射体１５と器具本体の凹部１１ｂとの間に、発光モジュールの基板１３ａおよび枠部材１７を挟み込むことができ、さらに、発光モジュール１３の熱を、近い位置で枠部材１７に伝達することができ効果的な放熱を行うことができる。また、全ての部品を挟み込んで固定するために、密着性も向上し、さらに、ヒートショック性、組み立て性も向上する。

また、図８（ｂ）に示すように、枠部材１７を器具本体１１の裏面側に密着させ、発光モジュールの基板１３ａを器具本体の凹部１１ｂの底面に密着させ、その上に反射体１５の鍔部１５ｅを載置し、これらを鍔部１５ｅの上面からネジ１１ｊで器具本体の裏面に設けられた枠部材１７に対して締め付けて固定するように構成してもよい。なお、この場合、器具本体１１の凹部１１ｂは、高さを低く（深さを浅く）形成する。

上記の図８（ａ）（ｂ）に示す構成は、この種の器具が、今後さらに高出力化することで、ＬＥＤチップはさらに高密度で配置され、より効果的な放熱が必要となるが、これらの枠部材に対して効果的に熱を伝達し、効果的な放熱作用ができる構成は、特に有効である。また、電源ユニットＥは、別置きで構成したが、器具本体１１に設けるように構成し、電源部一体形の器具を構成してもよい。なお、変形例を示す、図８には、図１〜図７と同一部分に同一符号を付し詳細な説明は省略した。

本実施例は、埋め込み穴３０の直径が約１５０ｍｍで、器具の全光束４０００ｌｍ以上、中角配光で、かつ複数の回転対称な光学系、すなわち、反射体１５を有した実施例１の小形で大光量のダウンライト形の照明器具において、グレアを抑制しつつ、所定の中角配光を得ることができるための光学系の開口面積を如何に設定すればよいかを求めた。本実施例においては、以下に説明する実験により、光学系の開口面積の合計が、４０００ｍｍ²〜６０００ｍｍ²となるように設定した。具体的には、反射体１５における個別の反射部１５ａにおける出射側開口部１５ｃの開口径を２９．５ｍｍ〜３６ｍｍとし、これを６ピース設けることで構成した。

上記構成により、器具の全光束４０００ｌｍ以上の小形で大光量のダウンライト形の照明器具において、眩しさを抑制しつつ、所定の中角配光を得ることができる。すなわち、８００ｌｍの発光モジュール×６ｐで４８００ｌｍ、器具の全光束４４００ｌｍのダウンライト形の器具において、反射体で配光角６０°を実現するためには、鏡面に近い反射特性が必要となる。図９（ｂ）に示すデータによると、水平視の場合のＢＣＤ輝度は鉛直角５５°で約２００００ｃｄ／ｍ^２が最小である。遮光角３０°のバッフルによって、６０°以上の光は遮断されるが、鉛直角５５°の角度は、バッフルの遮光範囲外で遮光することができない。なお、図９（ａ）は、実験条件を示す図、図９（ｂ）に示すデータは、角度αとＢＣＤ平均輝度に関係を示すグラフである（背景輝度は５０［ｃｄ／ｍ^２］）。

このため、本実施例では、器具の全光束４０００ｌｍ、配光角６０°のダウンライト形の器具で、反射体１５における個別の反射部１５ａの開口径を変化させた場合の出射角度５５°における輝度値を求めた。その結果、図９（ｃ）のグラフに示すように、鉛直角５５°で輝度２００００ｃｄ／ｍ^２にするためには、反射部１５ａの開口径は、約２９．５ｍｍ以上なければならない。φ２９．５ｍｍ×６ｐでのトータル面積は、４０００ｍｍ²である。

一方、埋め込み穴径約１５０ｍｍの複合反射体（６ｐの個別の反射部１５ａを設けた反射体１５）の直径は、取付具などに必要なスペースを考えるとφ１２０ｍｍ程度であり、この中に納まる最大反射体径（個別の反射部１５ａの開口径）は３６ｍｍ、６ｐでのトータル面積は６０００ｍｍ²である。

以上の結果から、光学系の開口面積の合計がグレアを抑制しつつ、所定の中角配光を得ることができるための光学系の開口面積を設定することができた。これは、特に、実施例１のように、１枚で全光束１０００ｌｍの光出力を有する発光モジュール１３を６枚使用して、ダウンライト器具として必要な全光束６０００ｌｍの光出力を達成するように構成した小形で大光量のダウンライト形の照明器具において、グレアの発生を抑制するために特に有効である。特に、従来のこの種のダウンライト形の照明器具は、埋め込み穴径１５０ｍｍで、２０００ｌｍ程度までであったが、器具を高出力化して全光束を４０００ｌｍ以上とすると、グレア、眩しさを感じることが課題となり、これらグレア、眩しさ抑制するために、上記の構成は極めて有効である。

本実施例は、実施例１における反射体１５の一部（一方）を、光軸ｘ−ｘ方向に沿って変位させることにより、所定の中角配光を得ながらグレア、眩しさ感を抑制するものである。具体的には、図１（ｂ）に示すように、器具本体１１における凹部１１ｂの凹嵌部１１ｄに固着された基板１３ａに設けられる反射体１５を、光軸ｘ−ｘ方向に沿って、他の反射体、すなわち、段部１１ｅに固着された反射体１５´よりも、その出射側開口部１５ｃの開口端部が低くなるように（光の放射方向と逆方向に）変位させて構成した（段差ｔ１）。

すなわち、図１０（ａ）に、この種の中角配光６０°を有するダウンライト形の照明器具における配光の例を示すように、３０°〜５０°付近は傾きが大きい。また、図１０（ｂ）に示すように、天井高さが２．４ｍの場合、出射角５０°付近の在室者から見て、高さの異なる反射体１５、１５´の角度には、約０．５°の差が生じる（角度α―β≒０．５°）。図１０（ａ）の配光例において、出射角５０°付近での０．５°の差は、輝度にすると１０〜１５％になる。つまり、例えば、６個の反射体の内、半分の３個の反射体１５を光軸ｘ−ｘ方向に段差ｔ１分変位した場合、光軸方向の輝度は５〜７％低下する。

これにより、出射角５０°付近は、実施例２における図９（ｂ）に示すように、ＢＣＤ輝度が最も低いが、バッフルなどで遮光できない範囲であるが、上記のように、半分の反射体１５を光軸ｘ−ｘ方向に変位させることによって輝度を低減でき、所定の中角配光を得ながらグレア、眩しさ感を抑制することができた。また、バッフルで拡散させてφ１５０ｍ、すなわち、埋め込み穴径全体が光るようにすると中角配光ができなかったが、上記構成によれば、所定の中角配光を確実に得ながらグレア、眩しさ感を抑制することができる。

これは、特に、実施例１のように、発光モジュール１３を複数使用して、ダウンライト器具として必要な全光束の光出力を達成するように構成した小形で大光量のダウンライト形の照明器具において、グレアの発生を抑制するために特に有効である。特に、従来のこの種のダウンライト形の照明器具は、埋め込み穴径１５０ｍｍで、２０００ｌｍ程度までであったが、器具を高出力化して全光束を４０００ｌｍ以上とすると、グレア、眩しさを感じることが課題となり、これらグレア、眩しさ抑制するために、上記の構成は極めて有効である。なお、実施例１では、同一円周上に発光モジュール１３を配設したものであったが、本実施例では、異なる円周上に発光モジュール１３を配設した場合について説明した。

本実施例は、埋め込み穴３０の直径が約１５０ｍｍで、器具の全光束２００００ｌｍ以上の小形で大光量のダウンライト形の照明器具において、大型化することなく、必要な放熱性と所定の配光を得て、目的とする全光束を得ることが可能な発光部１４における発光面積を如何に設定すればよいかを求めた。

本実施例においては、以下に示すように、器具本体１１の開口面積に対する発光モジュールの発光面のトータル面積の割合が、４．２５％〜１５％となるように設定した。面積をこれ以上広げると、放熱のための面積もさらに必要となり、器具本体、特に、器具高さが大きくなりすぎ小型化ができず、また、適切な配光角を得ることが困難となる。また、これ以上小さい面積にすると目的とする全光束を得ることが困難となる。このためこれら要素を考慮した場合、好ましくは、４．５％〜１５％の範囲がよい。上記により、器具の全光束２０００ｌｍ以上の小形で大光量のダウンライト形の照明器具において、大型化することなく、必要な放熱性と所定の配光を得て、目的とする全光束を得ることが可能となる。

上述した器具本体の開口面積に対する発光部の面積の割合は、次のようにして求めた。すなわち、φ１５０ｍｍの埋め込み穴３０用の器具の開口径φ１（図２参照）は、約１０４ｍｍ程度で、面積は約８４９１ｍｍ²である。

また、従来の全光束約２０００ｌｍ程度のＬＥＤダウンライトにおける光源は、φ約４．２ｍｍのＳＭＤタイプのＬＥＤチップを、例えば、２６ｐ用いており、この場合、そのトータル面積、すなわち、発光部の面積は、約３６０ｍｍ²で、器具の開口の面積に対する割合は、約４．２４％である。

また、実施例１におけるダウンライト形の照明器具１０は、全光束約６０００ｌｍ〜約９０００ｌｍまで達成することが可能であり、１枚の発光モジュール１３は、発光面が約１５ｍｍ角で６ｐ用いており、そのトータル面積、すなわち、発光面の面積は、約１３５０ｍｍ²で、器具の開口径φ１を１０８ｍｍとすると器具開口の面積は、９１５６ｍｍ²となり、器具の開口面積に対する発光面のトータル面積の割合は、約１５％である。

なお、埋め込み穴径を基準に考えると、φ１５０ｍｍの埋め込み穴用の器具の場合には、光が出射される側の器具開口端は、φ１３５ｍｍ程度となるため、この場合には、器具開口端の面積に対する発光モジュール１３の発光面のトータル面積の割合の最適範囲は、２．５％〜９．５％となる。

以上の結果から、大型化することなく、必要な放熱性と所定の配光を得て、目的とする全光束を得ることが可能な発光部１４における発光面積を求めることができた。これは、特に、実施例１のように、１枚で全光束１０００ｌｍの光出力を有する発光モジュール１３を６枚使用して、ダウンライト器具として必要な全光束６０００ｌｍの光出力を達成するように構成し、ＬＥＤチップの熱を１箇所の集中することなく分散させて放熱する構成において、器具が大型化することなく、必要な放熱性と所定の配光を得て、目的とする全光束を得るために、分散させる個々の発光モジュールの発光面積およびトータルの発光面積を設定する場合に特に有効である。特に、従来のこの種のダウンライト形の照明器具は、埋め込み穴径１５０ｍｍで、２０００ｌｍ程度までであったが、器具を高出力化して全光束を４０００ｌｍ以上とすると、ＬＥＤチップの温度がますます上昇し、放熱のために器具の大型化が必要となると共に、所望の配光制御が難しくなる。放熱および配光制御のための器具の大型化を抑制するために、上記の構成は極めて有効である。

なお、実施例２、３を示す、図８〜図１０には、実施例１の図１〜図７と同一部分に同一符号を付し詳細な説明は省略した。また、実施例２、３、４における他の構成、作用、作用効果、変形例等は、特に規定した事項を除き、実施例１と同様である。以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。例えば、上記実施例は、全てダウンライトについて説明したが、器具の形状は長方形、正方形状であってもよいし、天井等へ埋め込むタイプではなく、直付け器具に適用してもよい。

１０照明器具
１１器具本体
１１ｃ放熱フィン
１１ｋ挿通孔としての電線挿通孔
１２発光素子としての固体発光素子
１３発光モジュール
１３ａ基板
１３ｂ１封止部材
１３ｃ電気接続部としてのコネクタ
１５反射体
１５ａ反射部
Ｓ凹部としてのスペース
ｗリード線

Claims

基板、前記基板の表面に実装された複数の発光素子、前記発光素子を覆う封止部材、および前記基板に設けられた電気接続部を有し、前記電気接続部にリード線が電気的に接続されるＣＯＢ形の複数の発光モジュールと；
中央に内側面から外側面に貫通する挿通孔が形成され、前記内側面に凹部が形成され、前記挿通孔を囲むように前記内側面に前記複数の発光モジュールが分散して配設され、前記複数の発光モジュールの前記電気接続部に電気的に接続される前記リード線が前記凹部に配線可能とする熱伝導性材料で構成された器具本体と；
前記複数の発光モジュールにそれぞれ対応し、前記各発光モジュールから出射した光を制御する反射部を有する反射体と；
を具備していることを特徴とする照明器具。
前記器具本体の前記外側面に前記挿通孔を囲むように複数の放熱フィンが一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の照明器具。
全光束が４０００ｌｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の照明器具。