JP5696239B2 - 照明装置及び照明装置に用いられる光源基板 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及び照明装置に用いられる光源基板に係り、特に円環状に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を配置した照明装置及び照明装置に用いられる光源基板に関する。

ＬＥＤ（発光ダイオード）は、省電力、長寿命といった特性を有することから、白熱灯、蛍光灯等を利用した従来の照明器具に代わるものとして期待されている。
既に工業用検査の分野においては、従来から、光源として多数のＬＥＤ素子を用いた照明装置が好適に用いられている。例えば特許文献１には、反射光を利用し、製品表面の微少な傷や仕上がり具合等を検査するＬＥＤ照明装置が開示されている。

特許文献１に開示のＬＥＤ照明装置５０は、図１２（断面図）に示すように、円環状の照明ケース５１の下部に切頭円錐形の基板５２が設けられ、この基板５２の下面に一様に複数のＬＥＤ素子５３が配列されている。
このＬＥＤ照明装置５０によれば、被検査体Ｅに対し、周囲方向から一様にＬＥＤ光が照射される。即ち、被検査体の表面に光度斑が生じることなく被検査体を照射することができ、反射光を高精度に検査することができる。

特許２９７５８９３号公報

ところで近年、前記のような工業用途ではなく、室内照明等の光源としてＬＥＤを適用することが要求されている。
例えば、円環状の照明管の場合、円環状のガラス管内にＬＥＤ素子を配置することとなるが、その場合、特許文献１に開示された照明装置５０のように、円環状の基板に複数のＬＥＤ素子を配列することが考えられる。

しかしながら、図１２に示すように連続する一基板面上に複数のＬＥＤ素子を配置した場合、指向性の強いＬＥＤ光の放射方向は基板面が臨む方向に依存するため、照射領域が狭くなり、室内照明には適さないという課題があった。
また、ＬＥＤ素子は、高出力を得るために大電力が投じられると、発熱し、その発熱によって発光効率、及び寿命が低下するという課題を有しており、特に閉じられた照明管内に多数のＬＥＤ素子を配置する場合には、より高温となりやすいという課題があった。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、円環状に複数のＬＥＤ素子を配置した照明装置において、効率的に放熱を行うと共に、明るさの斑の発生を抑制し、所定の明るさを確保することのできる照明装置を提供することを目的とする。また、円環状に複数のＬＥＤ素子を配置した照明装置において好適に用いられる光源基板を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、円環状の照明管を有し、前記照明管内に光源として複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を備える照明装置であって、前記照明管に収容される、長尺帯状のフラット基板の長手方向を湾曲させて、前記基板の短手方向に軸線方向を有する略円環状に湾曲形成された光源基板と、前記光源基板に配置された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子と、前記光源基板に電気的接続され、前記ＬＥＤ素子に給電する給電手段とを備え、前記光源基板の下部には、周方向に沿って矩形波状に複数の凸部が配列され、前記凸部は、それぞれ径方向に向けて、湾曲または複数段階に屈曲されることにより、異なる方向に臨む複数の基板面が形成され、前記異なる方向に臨む複数の基板面に前記ＬＥＤ（発光ダイオード）素子が配置されていることに特徴を有する。
このように構成することにより、異なる方向に臨む複数の基板面に前記ＬＥＤ（発光ダイオード）素子が配置されているため、ＬＥＤの発光方向が円状に分散され、下方の空間に一様に照射することができ、光の斑の発生を抑制することができる。

また、平面視が矩形波状の蛇腹形状に屈曲形成されると共に、全体が略円環状に湾曲形成されたヒートシンクを備え、前記ヒートシンクは、その外周部が前記光源基板の内周部に接触した状態で、前記光源基板の内周側に収容されることが望ましい。
このように蛇腹形状のヒートシンクを備え、その外周部が光源基板の内周部に接触した状態となされるため、ＬＥＤ素子の発光により生じる熱は、光源基板を介してヒートシンクへと効率よく伝わり、放熱面積が大きいヒートシンクによって効果的に放熱することができる。

また、少なくとも前記光源基板と前記ヒートシンクとは、透光性を有するガラス、またはプラスチックからなる円環状の照明管に収容され、前記照明管の上部には、複数の放熱孔が設けられていることが望ましい。
このように照明管に複数の放熱孔を設けることにより、照明管内部の熱を外部に効率的に放熱することができ、ＬＥＤ素子への熱による悪影響を軽減することができる。

また、前記光源基板は、所定の金属層を有することにより屈曲及び湾曲可能な金属ベース基板からなり、前記金属ベース基板が湾曲されて略円環状に形成されていることが望ましい。
このような金属ベース基板を用いることにより、前記光源基板を略円環状に湾曲形成することができる。また、各凸部における第一、第二の基板面の臨む方向の調整を独立して容易に行うことができ、設置場所に応じてＬＥＤ光の放射角度を変えることができる。
また、前記目的を達成するため、本発明に係る光源基板は、光源として複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子が配置され、かつ円環状の照明管内に収容される、光源基板であって、長尺帯状のフラット基板の長手方向を湾曲させて、前記基板の短手方向に軸線方向を有する略円環状に湾曲形成され、その下部には周方向に沿って矩形波状に複数の凸部が配列され、前記凸部は、それぞれ径方向に向けて、湾曲または複数段階に屈曲されることにより、異なる方向に臨む複数の基板面が形成され、前記異なる方向に臨む複数の基板面に前記ＬＥＤ（発光ダイオード）素子が配置されていることに特徴を有する。

本発明によれば、円環状に複数のＬＥＤ素子を配置した照明装置において、効率的に放熱を行うと共に、明るさの斑の発生を抑制し、所定の明るさを確保することのできる照明装置を得ることができる。
また本発明によれば、円環状に複数のＬＥＤ素子を配置した照明装置において好適に用いられる光源基板を得ることができる。

図１は、本発明に係る照明装置を上方から見た斜視図である。 図２は、本発明に係る照明装置を下方から見た斜視図である。 図３は、本発明に係る照明装置を分解した状態で、照明装置を構成する各部材を下方から見た斜視図である。 図４は、本発明に係る照明装置が備える光源基板とヒートシンクとを重ねた状態で上方から見た斜視図である。 図５は、本発明に係る照明装置が備える光源基板とヒートシンクとを重ねた状態で下方から見た斜視図である。 図６は、図４のＡ−Ａ矢視断面図である。 図７は、本発明に係る照明装置が備える光源基板を屈曲及び湾曲形成する前の加工前基板を示し、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図である。 図８は、本発明に係る照明装置が備える光源基板の層構造を説明するための断面図である。 図９は、本発明に係る照明装置が備える光源基板の形成方法を説明するための図であり、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側面図である。 図１０は、本発明に係る照明装置が備える光源基板の形成方法を説明するための光源基板の下面図である。 図１１は、本発明に係る照明装置が備える光源基板の形成方法を説明するための光源基板の側面図である。 図１２は、従来の工業用途における円環状のＬＥＤ照明装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る照明装置を上方から見た斜視図、図２は、下方から見た斜視図である。
図１に示す照明装置１は、照明管として円環状のガラス管２を備え、このガラス管２内に光源として複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を備える。ガラス管２は、透光性に優れる上カバー３と下カバー４とからなり、それらが係合した状態で、上カバー３側から複数本の螺子５により相互に螺合されている。
尚、ガラス管２（上カバー３、下カバー４）の内面には、例えば光拡散のための粉末状の微粒子がベーキングにより付着加工され、ガラス管２は外観上、乳白色を呈している。

また、図１に示すように上カバー３の上面には、複数の放熱孔３ａが形成され、これら放熱孔３ａからガラス管２内部の熱を外部に放熱する構造となされている。
また、円環状のガラス管２の内周面には、一般的な円環状の蛍光管と同様に、電源供給のための電極ピン６を有するコネクタ７が設けられている。

次にガラス管２内部の構成について説明する。図３は、照明装置１を分解した状態で、照明装置１を構成する各部材を下方から見た斜視図である。
図３に示すように、ガラス管２（上カバー３、下カバー４）の中には、複数のＬＥＤ素子８が取り付けられた光源基板１０と、放熱のためのヒートシンク２０とが重ねられた状態で収容される。
更に、複数のＬＥＤ素子８に安定した給電を行うための電源回路基板３０（給電手段）が前記光源基板１０に電気的に接続されて収容される。

光源基板１０は、１枚の長尺帯状の基板本体１０ａが略円環状に湾曲形成され、その両端１０ｂ、１０ｃは自由端となされている。
また、基板本体１０ａの下部には、矩形波状に複数の凸部１０ｄが周方向に配列されている。それら凸部１０ｄは、径方向に向けて二段階に屈曲され、径方向断面が略Ｌ字形となされている。
尚、基板本体１０ａ、及び各凸部１０ｄには、所定の回路パターン（図示せず）がプリント配線により形成されている。

また、凸部１０ｄは、前記のように二段階に屈曲することにより、垂直下方に臨む基板面１０ｅと、外側斜め下方に臨む基板面１０ｆとが形成されている。各凸部１０ｄには、基板面１０ｅと基板面１０ｆのいずれかに１つのＬＥＤ素子８が設置されるが、周方向に配列された複数の凸部１０ｄにおいて、その設置面が交互に異なるようになされている。
このようなＬＥＤ素子８の設置パターンによれば、照明装置１の垂直下方と、外側斜め下方とにＬＥＤの発光方向が円状に分散され、下方の空間に一様に照射することができ、光の斑の発生を抑制することができる。

また、ヒートシンク２０は、１枚の長尺の金属板、例えばアルミニウム板が平面視で矩形波状の蛇腹形状に屈曲形成されると共に、光源基板１０と同様に全体が略円環状に湾曲形成されている。このヒートシンク２０が設けられることにより、ＬＥＤ素子８の発光により生じる熱を効果的に放熱することができる。
具体的に説明すると、図４は、光源基板１０とヒートシンク２０とを重ねた状態で上方から見た斜視図、図５は、下方から見た斜視図、図６は、図４のＡ−Ａ矢視断面図である。図４、図５に示すように、略円環状の光源基板１０の内周に沿って、同じく略円環状のヒートシンク２０が丁度収まるように重ねられている。

即ち、ヒートシンク２０の外周形状は、図６に示すように、光源基板１０の内周形状に合わせて形成され、その外周部２０ａ、２０ｂ、及び下端部２０ｃが、光源基板１０の内周部にそれぞれ接触するようになされている。
したがって、ＬＥＤ素子８の発光により生じる熱は、凸部１０ｄ及び基板本体１０ａを介してヒートシンク２０へと効率よく伝わり、放熱面積が大きいヒートシンク２０によって効果的に放熱される。
尚、図１に示すように上カバー３の内面には、電源回路基板３０を装着するための回路保持部３ｂと、螺子５が螺入される螺子穴３ｃとが形成されると共に、ヒートシンク２０を支持するための複数のリブ３ｄが径方向に沿って複数形成されている。

続いて、前記円環状の光源基板１０の形成方法について説明する。
光源基板１０を形成する場合、図７（ａ）に示すように長尺帯状の基板本体１０ａの下部に櫛歯状（矩形波状）に複数の凸部１０ｄが配列された加工前基板２５を用意する。
この加工前基板２５は、図７（ｂ）に示すようにフラット基板であって、その上面には所定の回路パターン（図示せず）がプリント形成されている。
このフラットな状態の加工前基板２５において、ＬＥＤ素子８、チップ抵抗９等が所定の回路パターン上に取り付けられる。
尚、ＬＥＤ素子８は、一列の配列された複数の凸部１０ｄにおいて、その取り付けの位置が交互に異なるようになされる（即ち、基板面１０ｅが形成される位置と、基板面１０ｆが形成される位置とに交互に配置される）。

また、この加工前基板２５は、屈曲及び湾曲可能な金属ベース基板からなり、例えば、図８に示すような層構造となされている。即ち、ベース層として、金属層１１を有する。この金属層１１は、屈曲及び湾曲を可能とするために、例えば、鉄（Ｆｅ）を主成分とする鋼板１１ａを有し、その上部、及び下部に溶融アルミニウム１１ｂがコーティングされてなる。尚、この溶融アルミニウム１１ｂのコーティング処理は、基板の放熱性（熱伝導性）を向上させるために施される。
また、この金属層１１は、所定の厚さ寸法を有することにより、屈曲及び湾曲した形状を維持できるようになされている。
また、金属層１１の上部、及び下部には、粒径１〜１５μｍの粉末アルミニウムを分散してなる可撓性を有する放熱金属層１２（放熱層）と、同じく可撓性を有する放熱樹脂層１３（放熱層）とが形成されている。
また、上部の放熱樹脂層１３の上部には、接着層１４を介して配線用銅層１５（回路パターン）が形成され、下部の放熱樹脂層１３の下部には、ポリエステル組成物からなる保護層１６が形成されている。

このような層構造とすることにより、加工前基板２５を屈曲及び湾曲加工することが可能となる。
即ち、先ず、治具（図示せず）を用いて、図９（ａ）、（ｂ）に示すように凸部１０ｄを二段階に屈曲加工し、その断面が略Ｌ字形とする。これにより凸部１０ｄにおいて基板面１０ｅと基板面１０ｆとが形成される。
次いで、他の治具（図示せず）を用いて、加工前基板２５を略円環状に湾曲加工することにより、図１０（下面図）、図１１（側面図）に示すような光源基板１０を得ることができる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、光源基板１０において円環状に複数設けられた、垂直下方に臨む基板面１０ｅと外側斜め下方に臨む基板面１０ｆとにＬＥＤ素子８が配置される。
このようなＬＥＤ素子を設置することにより、照明装置の垂直下方と、外側斜め下方とにＬＥＤの発光方向が円状に分散され、下方の空間に一様に照射することができ、光の斑の発生を抑制することができる。

また、蛇腹形状のヒートシンク２０の外周部が光源基板１０の内周部に接触した状態となされるため、ＬＥＤ素子８の発光により生じる熱は、光源基板１０を介してヒートシンク２０へと効率よく伝わり、放熱面積が大きいヒートシンク２０によって効果的に放熱することができる。また、ガラス管２内部の熱は、ガラス管２上部の放熱孔３ａから効率的に放熱することができ、ＬＥＤ素子８への熱による悪影響をより軽減することができる。
また、光源基板１０は、屈曲可能な層構造により形成されるため、凸部１０ｄにおける基板面１０ｅ、１０ｆの臨む方向の調整を独立して容易に行うことができ、設置場所に応じてＬＥＤ光の放射角度を変えることができる。

尚、前記実施の形態においては、照明管としてガラス管２を例に説明したが、本発明の照明装置にあっては、それに限定されず、照明管としてプラスチック管を用いてもよい。
また、前記ガラス管２は、光拡散のために粉末状の微粒子がベーキングにより付着加工されているものとしたが、それに限定されず、本発明に係る照明管にあっては、その材質に拘わらず、表面に梨地加工が施されたものを用いてもよい。

また、前記実施の形態においては、光源基板１０の下部に設けられた凸部１０ｄは、径方向に向けて二段階に屈曲されているものとしたが、二段階の屈曲に限定されるものではない。例えば、凸部１０ｄを三段階以上屈曲させ、異なる方向に臨む基板面を複数設け、それら異なる基板面にＬＥＤ素子８を配置してもよい。
或いは、凸部１０ｄを屈曲させるのではなく、径方向に円弧状に湾曲させることにより、異なる方向に臨む基板面を複数設け、それら異なる基板面にＬＥＤ素子８を配置してもよい。

また、前記実施の形態においては、金属層１１は、屈曲及び湾曲可能とするために、鉄（Ｆｅ）を主成分とする鋼板１１ａが用いられたものとしたが、それに限定されず、その他の金属材料（例えば、銅、アルミニウム等）が用いられたものであってもよい。

１ 照明装置
２ ガラス管（照明管）
３ 上カバー
３ａ 放熱孔
４ 下カバー
５ 螺子
６ 電極ピン
７ コネクタ
８ ＬＥＤ素子
９ チップ抵抗
１０ 光源基板
１０ａ 基板本体
１０ｂ 端部
１０ｃ 端部
１０ｄ 凸部
１０ｅ 基板面
１０ｆ 基板面
１１ 金属層
１２ 放熱金属層（放熱層）
１３ 放熱樹脂層（放熱層）
１４ 接着層
１５ 配線用銅層（回路パターン）
２０ ヒートシンク
２５ 加工前基板（金属ベース基板）
３０ 電源回路基板（給電手段）

Claims (3)

1. 円環状の照明管を有し、前記照明管内に光源として複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を備える照明装置であって、
   前記照明管に収容される、長尺帯状のフラット基板の長手方向を湾曲させて、前記基板の短手方向に軸線方向を有する略円環状に湾曲形成された光源基板と、
   前記光源基板に配置された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子と、
   前記光源基板に電気的接続され、前記ＬＥＤ素子に給電する給電手段とを備え、
   前記光源基板の下部には、周方向に沿って矩形波状に複数の凸部が配列され、
   前記凸部は、それぞれ径方向に向けて、湾曲または複数段階に屈曲されることにより、異なる方向に臨む複数の基板面が形成され、
   前記異なる方向に臨む複数の基板面に前記ＬＥＤ（発光ダイオード）素子が配置されていることを特徴とする照明装置。
2. 平面視が矩形波状の蛇腹形状に屈曲形成されると共に、全体が略円環状に湾曲形成されたヒートシンクを備え、
   前記ヒートシンクは、その外周部が前記光源基板の内周部に接触した状態で、前記光源基板の内周側に収容されることを特徴とする請求項１に記載された照明装置。
3. 光源として複数のＬＥＤ（発光ダイオード）素子が配置され、かつ円環状の照明管内に収容される、光源基板であって、
   長尺帯状のフラット基板の長手方向を湾曲させて、前記基板の短手方向に軸線方向を有する略円環状に湾曲形成され、その下部には周方向に沿って矩形波状に複数の凸部が配列され、
   前記凸部は、それぞれ径方向に向けて、湾曲または複数段階に屈曲されることにより、異なる方向に臨む複数の基板面が形成され、
   前記異なる方向に臨む複数の基板面に前記ＬＥＤ（発光ダイオード）素子が配置されていることを特徴とする光源基板。

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