JP5641789B2 - 光源モジュール及び照明装置 - Google Patents

Description

この発明は、光源モジュールの放熱構造に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源は、温度上昇により発光効率が低下したり、寿命が短くなったりする場合がある。このため、光源で発生した熱を放熱する構造を有する光源モジュールや照明装置がある。
また、照明装置には、室内の天井面や壁面などに埋め込んで使用するものがある。このような照明装置には、室内の空調システムの一部として、室内の空気を空調ダクトなど室外へと排出する排気口としての役割を兼ねるものがある。

特開２００８−１８６６３６号公報 特開２００５−２９４０９９号公報

排気口としての役割を持つ照明装置において、空気の通る通気口を設けた放熱板を設け、室内から室外へ排出される空気の通り道に設置することにより、光源で発生した熱を放熱することができる。しかし、放熱効率を高めようとして放熱板の面積を大きくすると、空気の流れを妨げるので、かえって放熱効率が低くなったり、排気口としての機能が損なわれたりする場合がある。
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、気流を妨げることなく、放熱効率を高めることを目的とする。

この発明にかかる光源モジュールは、発熱する光源と、平面板状で上記光源が実装された基板と、上記光源で発生した熱を放熱する放熱部とを有し、上記放熱部は、板状で、上記基板に対して略垂直な方向に流れる気流により、表裏両面から放熱する。

この発明にかかる光源モジュールによれば、放熱部が基板に対して略垂直な方向に流れる気流により表裏両面から放熱するので、気流を妨げることなく、放熱効率を高くすることができる。

実施の形態１における照明装置１００の外観を示す斜視図。 実施の形態１における連結部１５０ａの構造を示す斜視図。 実施の形態１における連結部１５０ｂの構造を示す斜視図。 実施の形態１における筐体１１０の構造を示す斜視図。 実施の形態１における光源モジュール１２０の構造を示す斜視図。 実施の形態１における光源モジュール１２０を別の角度から見た斜視図。 実施の形態１における放熱板１２１の構造を示す斜視図。 実施の形態１における反射板１３０の構造を示す斜視図。 実施の形態１における光制御部材１４０の構造を示す斜視図。 実施の形態１における照明装置１００の構造を示す平面図。 実施の形態１における照明装置１００の構造を示す側面視断面図。 実施の形態１における照明装置１００の空気の流れを示す拡大断面図。

実施の形態１．
実施の形態１について、図１〜図１２を用いて説明する。

図１は、この実施の形態における照明装置１００の外観を示す斜視図である。
照明装置１００は、２つの筐体１１０と、２つの光源モジュール１２０と、２つの反射板１３０と、２つの光制御部材１４０と、２つの連結部１５０ａ，１５０ｂとを備える。光源モジュール１２０は、筐体１１０に取り付けられている。反射板１３０は、光源モジュール１２０から出射される光を反射する。反射板１３０は、配光を制御する。光制御部材１４０は、筐体１１０に取り付けれている。光制御部材１４０は、光源モジュール１２０の照射面側に配置されている。光制御部材１４０は、光源モジュール１２０から出射される光および反射板１３０によって反射された光の配光を制御する。連結部１５０ａ，１５０ｂは、２つの筐体１１０を接続する。
また、照明装置１００は、オプション部材１１６（図１１参照）を取り付けることができる。オプション部材１１６は、２つの筐体１１０の間に取り付けられる。オプション部材１１６は、例えば、天井材や設備プレートなどである。オプション部材１１６は、設置場所に応じて任意に変更できる。

図２は、この実施の形態における連結部１５０ａの構造を示す斜視図である。
連結部１５０ａは、一面の形状が「Ｉ」字状である。連結部１５０ａは、端子台１５４を備える。端子台１５４は、外部からの電線が接続され、商用電源が給電される。

図３は、この実施の形態における連結部１５０ｂの構造を示す斜視図である。
連結部１５０ｂは、一面の形状が「ワ」字状である。

連結部１５０ａ，１５０ｂは、両端側に設けられる。連結部１５０ａ，１５０ｂは、それぞれ、４つの筐体取付部１５１と、４つの可動取付部１５２と、２つのＴバー取付部１５３とを備える。筐体取付部１５１は、筐体１１０が取り付けられる。可動取付部１５２は、摺動取付部１４４が挿入される挿入穴である。Ｔバー取付部１５３は、天井に設けられるＴバーに固定される。

図４は、この実施の形態における筐体１１０の構造を示す斜視図である。
筐体１１０は、少なくとも一面が開口する直方体形状をなす。筐体１１０は、例えば金属製である。筐体１１０は、リターン穴１１１と、光制御部材取付部１１２（図示せず）と、モジュール取付部１１３とを備える。リターン穴１１１（排気口）は、筐体１１０の天面に設けられている。リターン穴１１１は、空調ダクト用である。光制御部材取付部１１２は、筐体１１０の側壁内側に設けられている。光制御部材取付部１１２は、光制御部材１４０が取り付けられる。モジュール取付部１１３は、筐体１１０の内部に光源モジュール１２０を固定する。

また、照明装置１００は、点灯装置１１７を有する。点灯装置１１７は、筐体１１０の内部に取り付けられる。点灯装置１１７は、筐体１１０に固定されている。点灯装置１１７は、光源モジュール１２０に電力を供給する。

図５は、この実施の形態における光源モジュール１２０の構造を示す斜視図である。
図６は、この実施の形態における光源モジュール１２０を別の角度から見た斜視図である。
光源モジュール１２０は、放熱板１２１と、基板１２２と、熱伝導シート１２３と、モジュールカバー１２４とを備える。基板１２２は、放熱板１２１に取り付けられる。熱伝導シート１２３は、基板１２２と放熱板１２１との間に取り付けられる。モジュールカバー１２４は、基板１２２を覆うように取り付けられる。

基板１２２は、平面板状である。基板１２２は、例えばアルミニウム製である。基板１２２には、複数（例えば１２個）のＬＥＤ１２２ａ（光源）と、コネクタ１２２ｂ（図示せず）とが実装されている。基板１２２の両面のうち、ＬＥＤ１２２ａを実装している側の面を「基板表面１２２ｃ」（図１２参照）と呼び、ＬＥＤ１２２ａを実装していない側の面を「基板裏面１２２ｄ」（図１２参照）と呼ぶ。コネクタ１２２ｂは、電力供給に用いる。コネクタ１２２ｂは、基板表面１２２ｃに実装されている。点灯装置１１７からの電力は、ケーブル、コネクタ１２２ｂを介し、基板１２２に形成された回路パターンにより、ＬＥＤ１２２ａに供給される。

熱伝導シート１２３は、絶縁性を有する。ＬＥＤ１２２ａが実装された基板１２２は、基板裏面１２２ｄに熱伝導シート１２３を介し、アルミニウム製の放熱板１２１とネジなどにより締結されている。ＬＥＤ１２２ａは、基板１２２、熱伝導シート１２３を介して放熱板１２１に熱的に結合している。ＬＥＤ１２２ａは、光源モジュール１２０を構成している。
熱伝導シート１２３（伝熱部）は、基板１２２と放熱板１２１との間に位置する。熱伝導シート１２３は、基板１２２の基板裏面１２２ｄおよび放熱板１２１に接触している。熱伝導シート１２３は、ＬＥＤ１２２ａで発生した熱を受け取って、放熱板１２１に伝熱する。

モジュールカバー１２４は、リフレクタ１２４ａ（図１１参照）と、位置決め固定部（図示せず）、透光カバー１２４ｂ（図１１参照）とを備えている。リフレクタ１２４ａは、ＬＥＤ１２２ａの出射面側（図１における下側）に設けられている。リフレクタ１２４ａは、ＬＥＤ１２２ａからの光の配光を整える。リフレクタ１２４ａは、例えば高反射樹脂製である。位置決め固定部は、リフレクタ１２４ａの裏面側に設けられている。位置決め固定部は、基板１２２を位置決めし、固定する。透光カバー１２４ｂは、リフレクタの開口部（ＬＥＤの発光面側）に設けられている。透光カバー１２４ｂは、光を透過する。透光カバー１２４ｂは、例えば樹脂製である。

図７は、この実施の形態における放熱板１２１の構造を示す斜視図である。
放熱板１２１は、基板取付面１２１ａと、補強面１２１ｂと、放熱部１２１ｃとを備える。基板取付面１２１ａは、基板１２２が取り付けられる長方形状の結合面である。補強面１２１ｂは、基板取付面１２１ａの長辺の一辺からほぼ直角に折り曲げられ、基板取付面１２１ａの撓みを防止する。放熱部１２１ｃは、基板取付面１２１ａの長辺の他辺（補強面１２１ｂが形成される辺に対向する辺）から補強面１２１ｂが形成される方向とは逆方向に形成されている。
放熱板１２１は、平面板状の材料を折り曲げた形状である。基板取付面１２１ａ（受熱部）は、基板１２２に平行に配置されている。基板取付面１２１ａは、基板１２２と熱結合している。基板取付面１２１ａは、基板１２２の基板裏面１２２ｄのほぼ全面から、伝導により、ＬＥＤ１２２ａで発生した熱を受け取る。基板取付面１２１ａは、受け取った熱を、放熱部１２１ｃに伝える。

放熱部１２１ｃは、放熱基盤部１２１ｃ１と、複数（例えば１５個）の放熱フィン１２１ｃ２とを備える。放熱基盤部１２１ｃ１は、基板取付面１２１ａに対して傾斜している。放熱フィン１２１ｃ２は、放熱基盤部１２１ｃ１が切り起こされ、放熱基盤部１２１ｃ１を形成する面からほぼ垂直に立ち上がる切り曲げ起こし部である。
放熱フィン１２１ｃ２（放熱部）は、平面板状である。放熱フィン１２１ｃ２は、基板１２２に対してほぼ垂直である。放熱フィン１２１ｃ２は、基板１２２の側方に位置する。放熱フィン１２１ｃ２の向きは、放熱フィン１２１ｃ２を延長した平面が基板１２２と交わる向きである。放熱フィン１２１ｃ２は、基板１２２に対して略垂直な方向に流れる気流により、ＬＥＤ１２２ａで発生した熱を表裏両面から放熱する。
なお、放熱基盤部１２１ｃ１が基板取付面１２１ａに対して傾斜する角度は、例えば３０°であるが、４５°や６０°など、３０°以外の角度であってもよい。放熱基盤部１２１ｃ１が基板取付面１２１ａに対して傾斜する角度は、筐体１１０（反射板１３０）や放熱部１２１ｃ（放熱フィン１２１ｃ２）などの形状や、筐体１１０内を流れる空気の対流などによって、任意に決定してよい。

光源モジュール１２０は、放熱板１２１の両端で筐体１１０に固定されている。

図８は、この実施の形態における反射板１３０の構造を示す斜視図である。
反射板１３０は、「へ」の字状に形成されている。反射板１３０は、一面に発光面挿入穴１３１を備える。発光面挿入穴１３１は、光源モジュール１２０の発光面が挿入される。

図９は、この実施の形態における光制御部材１４０の構造を示す斜視図である。
光制御部材１４０は、複数のルーバー片１４１と、２つのフレーム１４２と、回動軸取付部１４３と、摺動取付部１４４とを備える。２つのフレーム１４２は、ルーバー片１４１を平行となるように接続する。回動軸取付部１４３は、フレーム１４２の一端側に設けられている。回動軸取付部１４３は、筐体１１０の光制御部材取付部１１２に回動可能に取り付けられる回動取付部である。摺動取付部１４４は、フレーム１４２の他端側に設けられている。摺動取付部１４４は、摺動可動する。

図１０は、この実施の形態における照明装置１００の構造を示す平面図である。
図１１は、この実施の形態における照明装置１００の構造を示す側面視断面図である。

反射板１３０は、「へ」の字状に折り曲げられた短手方向の短部が、筐体１１０との間に隙間が生じるように、筐体１１０内に取り付けられる。筐体１１０と反射板１３０との間に生じる隙間は、筐体１１０のなかに空気を取り込む吸気口となる。吸気口から取り込まれた気流は、リターン穴１１１から排出される。放熱フィン１２１ｃ２は、気流の通り道に配置されている。放熱フィン１２１ｃ２は、この気流により冷却される。

図１２は、この実施の形態における照明装置１００の空気の流れを示す拡大断面図である。
空気の流れＺ１，Ｚ２は、照明装置１００の下面の開口隙間（吸気口）から照明装置１００内に入り、筐体１１０の開口部（リターン穴１１１）を通って照明装置１００の外部に抜ける。

ＬＥＤ１２２ａで発生した熱は、アルミニウム製の基板１２２に伝導して広がる。基板表面１２２ｃは、リフレクタ１２４ａで覆われている。リフレクタ１２４ａが熱伝導率の低い樹脂製である場合、基板表面１２２ｃからリフレクタ１２４ａに伝導して空気へ放熱される熱は少ない。これに対し、基板裏面１２２ｄは、熱伝導シート１２３を介して、放熱板１２１へ熱的に結合している。このため、ＬＥＤ１２２ａの熱は、主に基板裏面１２２ｄから放熱部１２１ｃ（放熱フィン１２１ｃ２）へ伝わり、空気へ放熱される。

物体表面から空気へ熱伝達される熱量（単位［Ｗ］）は熱伝達率（単位［Ｗ／（ｍ＾２×Ｋ）］）と放熱する面の面積（単位［ｍ＾２］）と温度差（単位［Ｋ］）との積で表わされる。
この実施の形態における照明装置１００は、放熱部１２１ｃに切り曲げ起こし部（放熱フィン１２１ｃ２）を設けている。切り曲げ起こし部（放熱フィン１２１ｃ２）の両面が放熱面として機能する。切り曲げ起こされた部分が空調リターンの流路となっているので、放熱フィン１２１ｃ２に平行な方向に風が流れ、放熱性能を向上することができる。

放熱フィン１２１ｃ２を放熱基盤部１２１ｃ１からほぼ垂直に立ち上がっている。これにより、空気の流れＺ１，Ｚ２は、流路を遮られることなく、複数の放熱フィン１２１ｃ２間を対流する。したがって、放熱効果が向上する。

なお、ＬＥＤ光源の配光（グレア）などによっては、照明器具（照明装置１００）は、光制御部材１４０を備えなくてもよい。
また、基板１２２は、アルミニウム製でなくてもよい。例えば、ＬＥＤ１２２ａに電流が流れているときのＬＥＤ１２２ａの温度がＬＥＤ素子の許容温度範囲内となるようであれば、基板１２２の材質はガラスエポキシなど熱伝導率の低い材料であっても構わない。

また、本実施の形態では、天井部材（Ｔバー）に取り付けられるグリッド天井用の照明装置１００の場合について説明したが、空調用リターン穴を有する照明装置であれば、他の形状の照明装置であってもよく、筐体１１０も１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
また、ＬＥＤ１２２ａが発する光を拡散させる透光カバー１２４ｂではなく、ＬＥＤ１２２ａが発する光の配光を制御するレンズや、ＬＥＤ１２２ａが発する光をほとんど拡散しない透明カバーなどを設ける構成であってもよい。また、透光カバー１２４ｂを備えない構成であってもよい。

切り曲げ起こし部（１２１ｃ２）は、筐体１１０と反射板１３０との間の隙間に設置されるので、照明装置１００の大型化を招くことなく、放熱効率を高めることができる。
また、放熱板１２１は、一枚の板を加工することにより形成できるので、光源モジュール１２０や照明装置１００の製造コストを抑えることができる。

１００ 照明装置、１１０ 筐体、１１１ リターン穴、１１２ 光制御部材取付部、１１３ モジュール取付部、１１５ 回動軸、１１６ オプション部材、１１７ 点灯装置、１２０ 光源モジュール、１２１ 放熱板、１２１ａ 基板取付面、１２１ｂ 補強面、１２１ｃ 放熱部、１２１ｃ１ 放熱基盤部、１２１ｃ２ 放熱フィン、１２２ 基板、１２２ａ ＬＥＤ、１２２ｂ コネクタ、１２２ｃ 基板表面、１２２ｄ 基板裏面、１２３ 熱伝導シート、１２４ モジュールカバー、１２４ａ リフレクタ、１２４ｂ 透光カバー、１３０ 反射板、１３１ 発光面挿入穴、１４０ 光制御部材、１４１ ルーバー片、１４２ フレーム、１４３ 回動軸取付部、１４４ 摺動取付部、１５１ 筐体取付部、１５２ 可動取付部、１５３ Ｔバー取付部、１５４ 端子台。

Claims (7)

1. 発熱する光源と、
   平面板状で、上記光源が実装された基板と、
   一枚の平面板で形成された放熱板であって、両側に長辺部を有する長手方向に延びた形状であるとともに上記基板と当接する基板取付部と、上記基板取付部の一方の長辺部から折り曲げられた折曲部と、上記基板取付部の他方の長辺部から切り起こされた放熱部を有する放熱基盤部とを備える放熱板と
   を備え、
   上記放熱部は、上記基板に対して略垂直な方向に流れる気流により、表裏両面から放熱することを特徴とする光源モジュール。
2. 上記放熱部は、上記基板に対して略垂直で、上記放熱部を延長した平面が上記基板と交わる向きに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
3. 上記放熱板は、上記放熱部として、上記他方の長辺部に沿って並んで配置された複数の放熱部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
4. 上記基板取付部は、上記基板の上記光源が実装された面と反対側の面の略全面から、伝導により、上記光源で発生した熱を受け取ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源モジュール。
5. 上記光源モジュールは、
   上記基板と上記基板取付部との間に位置し、上記基板の上記光源が実装された面と反対側の面及び上記基板取付部に接触し、上記光源で発生した熱を受け取って上記基板取付部に伝熱する伝熱部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の光源モジュールと、上記光源モジュールを囲む筐体とを有し、
   上記筐体は、
   上記基板の上記光源が実装された面の側に、上記筐体内に空気を取り込む吸気口と、
   上記基板の上記光源が実装された面と反対側に、上記筐体内の空気を上記筐体外に排出する排気口とを有することを特徴とする照明装置。
7. 上記照明装置は、室内の天井面または壁面に埋め込んで使用し、
   上記筐体の吸気口は、上記室内の空気を上記筐体内に取り込み、
   上記筐体の排気口は、上記筐体内の空気を上記室外に排出することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。

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