JP5807198B2

JP5807198B2 - 照明器具

Info

Publication number: JP5807198B2
Application number: JP2011095033A
Authority: JP
Inventors: 請川　信; 信請川; 真一阿南
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2015-11-10
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: JP2012227050A

Description

本発明は、光源が外郭に収納された灯体からの光の照射方向を変更可能にした照明器具に関する。

従来から、光源が外郭に収納された灯体を天井や床などの所定位置に対して支持する支持部材を備え、所定位置に対して灯体の向きが変更可能になるように灯体を支持することによって、灯体からの光の照射方向を変更可能にした照明器具が提供されている。近年は、光源として発光ダイオードが着目されているが、発光ダイオードは投入電力に対する発熱量が多いから、放熱用の部材を設ける必要がある。そのため、多くの場合に放熱フィンを備える放熱部材が灯体に直接取り付けられている。また、電子バラストを灯体内に備えた照明器具についても、電子バラストからの放熱を行うために放熱部材が灯体に取り付けられることがある。
この種の照明器具では、灯体からの光の照射方向を変更するために灯体と放熱部材とを合わせて動かす必要があるから、支持部材の可動機構に大きい力が作用することになる。そのため、支持部材の可動機構が大型化したり、複雑な可動機構が必要になったりするという問題が生じる。また、灯体に放熱部材が付属しているから、灯体の外観形状に設計上の制約が生じる。

そこで、灯体と放熱部材とを分離して配置するために、灯体と放熱部材との間に、効率よく熱伝達を行う伝熱体を設ける技術が提案されている。伝熱体は、熱伝達効率を高める必要があるから、ヒートパイプが用いられている。この構成では、灯体と放熱部材とが分離されているので、支持部材は、灯体に対する可動機構と放熱部材に対する可動機構とを別個に備えていればよい。したがって、灯体のみを動かして光の照射方向を変更する場合は、支持部材に作用する力が小さくなり、支持部材の可動機構を小型かつ簡単な構成にすることができる。

上述のように灯体と放熱部材とを分離した照明器具として、特許文献１には、図４に示す構成が提案されている。この構成では、光源としてベース２０２に実装された発光ダイオード２０３を備える灯体２０と、放熱部材としての放熱ユニット３０とが、伝熱体としての熱伝達ユニット４０を介して接続されている。熱伝達ユニット４０の一端部には球面端部４０１が形成されており、灯体２０に設けられた球面受部２０１に球面端部４０１が回転可能に保持されている。球面受部２０１は、灯体２０において発光ダイオード２０３からの熱が伝達されるベース２０２の背面側に設けられている。この構成では、灯体２０で発生した熱が、球面受部２０１から球面端部４０１を通して熱伝達ユニット４０へ伝達され、さらに、熱伝達ユニット４０を通して放熱ユニット３０に伝達される。この構成では、熱伝達ユニット４０が支持部材として兼用されている。

また、特許文献１には、他の構成として、図５に示すように、光源を取り付ける灯体としての光源取付け部２００と放熱部材としての放熱ユニット３００とが、伝熱体としての２つの放熱リング４０２，４０３を介して接続された構成が記載されている。光源取付部２０は、両放熱リング４０２，４０３に取り付けられている。また、放熱ユニット３００の内周面は球面の一部を形成しており、この内周面に放熱リング４０２，４０３の一部が接触している。したがって、光源取付部２００と放熱リング４０２，４０３とは、放熱ユニット３００の内周面に沿って揺動可能になる。この構成では、光源取付け部２００から放熱リング４０２，４０３を介して放熱部材３００へ熱が伝達される。

一方、特許文献２には、図６に示すように、灯体９０と放熱部材であるヒートシンク９１とを伝熱体としてのヒートパイプ９２により接続した構成が記載されている。ヒートパイプ９２は、２つの屈曲部９５，９６を備える。灯体９０は、発光ダイオードからなる光源９３を備えており、光源９３はアルミニウム製の熱伝導性部材９４に取り付けられている。ヒートパイプ９２は、熱伝導性部材９４に一端部が接続され、熱伝導性部材９４を介して光源９３からの熱が伝達される。一方の屈曲部９５は、図６のＡ−Ａ方向において略半円状に屈曲しており、他方の屈曲部９６は、図６のＢ−Ｂ方向において略半円状に屈曲している。Ａ−Ａ方向とＢ−Ｂ−方向とは直交する。この構成では、屈曲部９５と屈曲部９６とを撓ませることにより、灯体９０の光の照射方向を変更することが可能になっている。

特許第４１０３４３７号公報特開２００８−２１８３８６号公報

ところで、図４に示す構成では、灯体２０から熱伝達ユニット４０へは、球面受部２０１と球面端部４０１との接触部分でのみ熱伝達が行われるから、灯体２０と熱伝達ユニット４０との間で熱伝達に関与する部位の面積が小さく、灯体２０から熱伝達ユニット４０へ熱が十分に伝達されないという問題がある。

また、図５に示す構成では、放熱リング４０２，４０３と放熱ユニット３００との接触部位でのみ熱伝達が行われるから、放熱リング４０２，４０３と放熱ユニット３００との間で熱伝達に関与する部位の面積が小さく、放熱リング４０２，４０３から放熱ユニット３００へ熱が十分に伝達されないという問題がある。また、放熱ユニット３００が、光源取付け部２００を囲むように取り付けられているから、放熱ユニット３００は光源取付部２００よりも外形が大きくならざるを得ず、全体として大型化する上に、外観上は放熱部材３００と光源取付け部２００とが一体化されるから、外観形状に設計上の制約が生じる。

図６に示す構成は、光の照射方向を変更させるたびにヒートパイプ９２を撓ませる必要があるから、ヒートパイプ９２を撓ませる際の外力によって、ヒートパイプ９２が扁平につぶれる可能性や、ヒートパイプ９２に亀裂が生じる可能性がある。すなわち、照射方向を繰り返し変更する用途に適さないという問題を有している。

本発明は、上記の事由に鑑みて為されたものであり、灯体からの光の照射方向が変更可能とした照明器具において、灯体と放熱部材とを分離し、かつ灯体から放熱部材への熱伝達の効率が高く、しかも光の照射方向を繰り返し変更することができる照明器具を提供することを目的とする。

本発明の照明器具は、光源と光源を収納する外郭とを備える灯体と、熱良導体により形成されフィンを有する放熱部材と、灯体から放熱部材へ熱を伝導するヒートパイプからなる伝熱体とを備え、前記伝熱体は、同一平面内で屈曲した複数の屈曲部を有し、前記伝熱体の一端部が上下方向に、他端部が前記上下方向に対して直交する水平方向に、それぞれ延設され、前記伝熱体の前記一端部にある冷却部には前記放熱部材が取り付けられ、前記一端部を回転中心として、前記伝熱体と前記放熱部材とは一体に回転し、前記伝熱体の前記他端部にある受熱部は、前記回転中心と交差しており、断面における外形が円形であり、前記灯体の前記外郭において前記光源の発光に伴い高温になる部分には、前記受熱部が嵌る軸受部が設けられ、前記軸受部は前記受熱部に寸法を合わせて形成されており、前記受熱部の外周面と前記軸受部の内周面とは面接触して熱的に結合しており、前記灯体は、前記伝熱体に対し前記受熱部がある前記他端部を回転軸として回転することを特徴とする。

この照明器具において、灯体の光源は、発光ダイオードであることが望ましい。

この照明器具において、放熱部材は、回転中心が放熱部材の重心を通るように配置され、隣接するフィンの先端縁間を結んで形成される放熱部材の外形において、前記回転中心と交差する外表面の形状は、円と正多角形とから選択される１つであることがより望ましい。

この照明器具において、一端部が伝熱体の受熱部を介して灯体を回転可能に支持するアームを備える照明器具であって、アームは、伝熱体と一体に回転し、伝熱体は、アームに重なるように配置されることがより望ましい。

この照明器具において、取付部材を備え、取付部材により天井面に対して前記回転中心を中心として回転可能に配置される照明器具であって、放熱部材は、天井面よりも下方に配置されることがより望ましい。

この照明器具において、取付部材を備え、取付部材により天井面に対して前記回転中心を中心として回転可能に配置される照明器具であって、放熱部材は、天井面よりも上方にあり、天井裏空間に配置されることがより望ましい。

本発明の構成によれば、灯体の光の照射方向を変更可能であって、灯体の高温部から放熱部材へ熱を伝導することができる。

実施形態１を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同上の灯体と伝熱体との接続部位を示し、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図である。実施形態２を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。従来例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部の断面図である。他の従来例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は一部の斜視図である。さらに他の従来例を示す斜視図である。

（実施形態１）
本実施形態では、照明器具として天井に取り付けて用いられるスポットライトを例として示す。この照明器具１は、図１に示すように、天井面６に対して定位置に固定される取付部材（マウント）５と、取付部材５に対して天井面６に直交する上下方向の回転中心の周りに回転するアーム７とを支持部材として備える。アーム７の下端部には、天井面６に沿った回転中心の周りに回転可能となるように灯体２が取り付けられる。

取付部材５は、天井面６に対して垂直下向きに延びる回転筒５１を備える。

アーム７は、互いに向かい合う２本の板状の脚片７１と両脚片７１の一端部間を連結する板状の中央片７２とにより下向きに開放されたコ字状に形成された部分を有する。さらに、アーム７は、中央片７２の長手方向の中央部から上向きに一体に突出した板状の取付片７３を備える。アーム７に対して灯体２を取り付ける構造は後述する。

灯体２は、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略称する）を備えたＬＥＤパッケージ２１と、ＬＥＤパッケージ２１を収納した円盤状の外郭２２を備える。ＬＥＤパッケージ２１は、ＬＥＤをパッケージ基板に実装し、光学部材や蛍光体などを設けた照明用の光源を意味する。灯体２において、ＬＥＤパッケージ２１は基板に実装される。基板としては、熱伝導性の良いアルミベース基板などが用いられる。基板は、ＬＥＤパッケージ２１が外郭２２の前面（外周形状が円形である一面）から光を照射するように、外郭２２内に配置される。外郭２２の裏面には基板の一部が露出する。

ところで、アーム７の取付片７３の上端部には、アルミニウムのような熱良導体により形成されフィンを有する放熱部材３が配置される。また、灯体２で発生した熱を放熱部材３に伝達する伝熱体４が設けられる。

放熱部材３は、円板状に形成された複数枚のフィンが厚み方向に等間隔に配列され、かつフィンの中心部が円筒状の支持部（図示せず）に結合された形状を有している。放熱部材３は、全体としての外形が円柱状に形成されている。放熱部材３の上端面中央部からは回転軸部（図示せず）が突出しており、回転軸部は回転筒５１に嵌まっている。これにより、放熱部材３は、回転筒５１と一体に回転する。つまり、放熱部材３は、重心を通る中心線を回転中心として、天井面６に対して回転する。放熱部材３が重心を通る中心線を中心として回転するので、放熱部材３を回転させるために必要な力を小さくできる。

放熱部材３の下面には、支持部の開口に隣接させてアーム７の取付片７３が結合される。すなわち、放熱部材３とアーム７と一体化され、放熱部材３とアーム７とが、天井面６に対して上下方向の回転中心の周りに回転可能になる。

伝熱体４にはヒートパイプが用いられる。ヒートパイプは、金属管の内部に熱輸送用の作動液を封入したものである。ヒートパイプの動作は周知であるが、簡単に説明しておく。すなわち、伝熱体４の一端部において作動液が加熱されると、作動液が気化して伝熱体４の他端部へ移動する。気化された作動液は、伝熱体４の他端部において放熱することにより再び液化し、金属管の内部に設けられた多孔質体、溝、メッシュなどによる毛細管現象により一端部側に戻る。伝熱体４は、上術した動作を繰り返すことにより、高い熱伝導性を実現する。金属管の材料としては、熱良導体である銅やアルミニウムなどが用いられ、作動液としては、水、フロン、代替フロン、フロリナート（登録商標）などが用いられる。

伝熱体４は、中間部においてそれぞれ略直角に屈曲された３箇所の屈曲部を有し、各屈曲部は同じ平面内で屈曲されている。また、伝熱体４の両端部は互いに直交する方向に延長されている。伝熱体４は、軸線に直交する断面の外形が円形であり（図２参照）、伝熱体４の一端部は、アーム７の両脚片７１の下端部間を結ぶ方向に沿って配置される。以下では、当該一端部のうち灯体２に設けた軸受部（後述する）と接触する部位を受熱部４１と呼ぶ。

図２に示すように、灯体２における外郭２２の裏面には、背面の中心を通る一直線上に形成された嵌合溝２２１が形成される。また、外郭２２の背面には、嵌合溝２１に対向して固定部材２４が結合される。嵌合溝２２１と固定部材２４とを合わせた内周面の断面形状は円形であって、嵌合溝２２１と固定部材２４とに囲まれた空間に伝熱体４の一端部である受熱部４１が挟まれる。したがって、灯体２は、受熱部４１を回転中心として回転可能になる。すなわち、灯体２は天井面に略平行な回転中心の周りに回転可能になる。

ここに、固定部材２４は、熱良導体であるアルミニウムなどの金属からなり、受熱部４１との接触面積が大きくなるように、受熱部４１の外径とほぼ同じ内径を有する半円筒形状の接触部２４１を備える。固定部材２４において、接触部２４１の周方向の両端縁にはそれぞれ固定端部２４２が突設される。接触部２４１が受熱部４１を外郭２２の嵌合溝２２１との間に挟んだ状態で、固定端部２４２は外郭２２の裏面と当接しており、固定端部２４２を固定具２４３を用いて外郭２２の裏面に固定し、固定部材２４が外郭２２に取り付けられる。固定具２４３としては、ねじやリベットなどが用いられる。

これにより、伝熱体４の受熱部４１は、軸受部（嵌合溝２２１と接触部２４１）の内面全体と面接触し、伝熱体４において外郭２２の裏面と接触する部分の割合が大きくなり、外郭２２の裏面の熱を十分に伝熱体４に伝導することができる。

伝熱体４の受熱部４１と外郭２２の軸受部との間には、若干の隙間（たとえば０．０５ｍｍ）が空いており、軸受部の内面には、熱伝導性の良い放熱グリスが注入される。これにより、滑らかに灯体２が伝熱体４に対して回転するとともに、外郭２２の裏面の熱が効率良く伝熱体４の受熱部４１に伝導される。放熱グリスとしては、たとえば、シリコーンなどを用いる。

また、受熱部４１の両端は、外郭２２の軸受部から突出しており、アーム７の両脚片７１により、灯体２を支持するために必要な強度を保つようにそれぞれ保持される。受熱部４１の灯体２に対する支持を補強するために、アーム７の両脚片７１の先端部に、受熱部４１に沿って筒状の軸スリーブ（図示せず）が設けられてもよい。

伝熱体４の他端部は放熱部材３の支持部に挿入され、伝熱体４と放熱部材３とが機械的に結合されるとともに熱的に結合される。以下では、伝熱体４の他端部において、放熱部材３の支持部に挿入される部位を冷却部４２と呼ぶ。冷却部４２は放熱部材３の支持部に圧入されており、伝熱体４と放熱部材３とは強固に結合される。ここに、冷却部４２は、放熱部材３の支持部の内面と広い面積で面接触しているから、伝熱体４において放熱部材３と接触する部分の割合が大きくなり、伝熱体４から放熱部材３に十分に熱を伝達することができる。

冷却部４２は放熱部材３と機械的に結合されているから、伝熱体４は放熱部材３と一体化される。つまり、本実施形態の伝熱体４は、天井面６に対して直交する回転中心の周りで放熱部材３とアーム７と一体に回転する。

上述したように、伝熱体４の受熱部４１と灯体２の軸受部とが面接触し、伝熱体４の冷却部４２と放熱部材３の支持部とが面接触するから、灯体２で発生した熱を伝熱体４を介して放熱部材３へ効率よく伝達し、灯体２で発生した熱を放熱部材３から放熱することができる。また、伝熱体４が天井面６に直交する回転中心の周りに回転し、灯体２が天井面６に平行な回転中心の周りに回転するから、灯体２は、互いに直交する２方向の回転中心の周りに回転可能になり、灯体２の光の照射方向を自由に変更することが可能になる。

また、天井面６に平行な回転中心の周りで灯体２を回転させることにより光の照射方向を変更する際、灯体２のみを回転させるため、放熱部材３を一体に回転させる場合に比べて光の照射方向を容易に固定することができる。なお、灯体２の光の照射方向を安定させるために、固定部材２４の接触部２４１に固定用ボルト（図示せず）を設けて、固定用ボルトを締め付けることにより伝熱体４の受熱部４１を外郭２２の嵌合溝２２１に押し付け、灯体２を固定してもよい。

本実施形態の伝熱体４において、冷却部４２を設けた他端部はアーム７の取付片７３に沿って配置され、伝熱体４の中間部である導管部４３は、一方の脚片７１および中央片７２に沿って配置される。これにより、伝熱体４はアーム７と視覚的に一体化され、照明器具１のデザイン性が向上する。なお、アーム７が筒状の部材により形成され、アーム７の内部が連続する空洞であれば、アーム７内に導管部４３を配置することにより、伝熱体４はアーム７とさらに視覚的に一体化され、デザイン性が向上する。

灯体２のＬＥＤパッケージ２１に電力を供給するための電源装置については、灯体２とは別体に電源ユニットとして天井面６に設けてもよいし、灯体２の外郭２２内に電源回路として配置してもよい。また、放熱部材３は、隣接するフィンの先端縁間を結んで形成される外形が円柱状以外であってもよいが、回転時のモーメントを小さくするために回転の中心線に対して回転対称（たとえば、正四角柱や正五角柱など）であることが望ましい。伝熱体４において、受熱部４１以外の部分は、延びる方向と直交する断面が円形でなくてもよく、たとえば、扁平でもよい。また、伝熱体４や放熱部材３は金属や樹脂で覆われる構成であってもよい。

灯体２は、たとえば、外郭２２が熱良導体であるアルミニウムなどにより直径７０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの寸法で形成され、７個のＬＥＤパッケージ２１を収納する。この場合、外郭２２の裏面の熱を十分に放熱するために、放熱部材３は、熱良導体であるアルミニウムなどにより直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの寸法で形成され、伝熱体４は、外径７ｍｍの寸法で形成されることが望ましい。

また、本実施形態は、天井面６に直接取り付けるスポットライトである照明器具１を例示したが、照明器具１は天井面６に設けられたレールに取り付けてもよい。レールは、細長形状の角筒であり、その長手方向に沿って天井面６に設けられる。レールの長手方向に直交する断面は、床面方向を向く壁が中央に開口部を有する形状になっている。この場合の照明器具１には、取付部材５に代えてレール取付部材が用いられ、レール取付部材はレールの角筒内部に配置される。レール取付部材からは、当該壁の開口部から回転筒５１が突出しており、レールから垂下するように照明器具１がレールの長手方向に沿って移動可能に取り付けられる。

また、レール内部には、照明器具１に電力を供給する導体部が長手方向に沿って設けられており、レール取付部材に設けられた接触子が当該導体部に電気的に接触することにより照明器具１に電力が供給される。これにより、レールの長手方向に沿って照明器具１が電気的接続を保って移動可能になり、より広範囲に灯体２の光の照射方向を変更することができる。

なお、本実施形態においては、２つの回転軸が互いに直交し、それぞれが天井面６に対して直交する方向と平行な方向とである照明器具１を例示したが、天井面６に対して直交する方向および平行な方向でなくてもよい。また、２つの回転軸は直交に限らず、単に交差してもよく、ねじれの位置にあってもよい。本実施形態で説明した技術は、たとえば、スタンドライトなど他の照明器具にも適用可能である。
（実施形態２）
本実施形態の照明器具１は、図３に示すように、放熱部材３が天井面６よりも上方に配置され、天井内空間に配置されている点が、実施形態１と相違する。

放熱部材３を天井内空間に配置するために、取付部材５および天井面６にはそれぞれ貫通孔が設けられる。伝熱体４の中間部である導管部４３をこれらの貫通孔に挿通した状態で照明器具１が取り付けられる。アーム７の取付片７３は、取付部材５の回転筒５１に回転可能に取り付けられ、伝熱体４とアーム７とは一体になって、天井面６に対して直交する上下方向の回転中心の周りに回転する。

放熱部材３は、上端面に空冷ファン８が取り付けられている。空冷ファン８の効果により放熱部材３のフィンの大きさや、放熱部材３自体の大きさを小さくしても十分に放熱でき、放熱部材３の軽量化を計ることができる。

灯体２は、たとえば、外郭２２が熱良導体であるアルミニウムなどにより直径７０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの寸法で形成され、７個のＬＥＤパッケージ２１を収納する。この場合、外郭２２の裏面の熱を十分に放熱するために、放熱部材３は、熱良導体であるアルミニウムなどにより直径５０ｍｍ、高さ２０ｍｍの寸法で形成され、伝熱体４は、外径７ｍｍの寸法で形成されることが望ましい。

また、空冷ファン８の動作時には風切り音が発生するが、天井により遮られ、天井面６の下方の空間に伝わる騒音は低く抑えられる。また、天井面６の下方の空間からは放熱部材３が見えなくなるので、照明器具１のデザイン性が向上する。

その他の構成、動作は実施形態１と同様である。

１照明器具
２灯体
２２外郭
３放熱部材
４伝熱体
４１受熱部
４２冷却部
５取付部材
６天井面
７アーム

Claims

光源と前記光源を収納する外郭とを備える灯体と、熱良導体により形成されフィンを有する放熱部材と、前記灯体から前記放熱部材へ熱を伝導するヒートパイプからなる伝熱体とを備え、前記伝熱体は、同一平面内で屈曲した複数の屈曲部を有し、前記伝熱体の一端部が上下方向に、他端部が前記上下方向に対して直交する水平方向に、それぞれ延設され、前記伝熱体の前記一端部にある冷却部には前記放熱部材が取り付けられ、前記一端部を回転中心として、前記伝熱体と前記放熱部材とは一体に回転し、前記伝熱体の前記他端部にある受熱部は、前記回転中心と交差しており、断面における外形が円形であり、前記灯体の前記外郭において前記光源の発光に伴い高温になる部分には、前記受熱部が嵌る軸受部が設けられ、前記軸受部は前記受熱部に寸法を合わせて形成されており、前記受熱部の外周面と前記軸受部の内周面とは面接触して熱的に結合しており、前記灯体は、前記伝熱体に対し前記受熱部がある前記他端部を回転軸として回転することを特徴とする照明器具。
前記灯体の前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
前記放熱部材は、前記回転中心が前記放熱部材の重心を通るように配置され、隣接するフィンの先端縁間を結んで形成される前記放熱部材の外形において、前記回転中心と交差する外表面の形状は、円と正多角形とから選択される１つであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明器具。
一端部が前記伝熱体の前記受熱部を介して前記灯体を回転可能に支持するアームを備える照明器具であって、前記アームは、前記伝熱体と一体に回転し、前記伝熱体は、前記アームに重なるように配置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の照明器具。
取付部材を備え、前記取付部材により天井面に対して前記回転中心を中心として回転可能に配置される照明器具であって、前記放熱部材は、前記天井面よりも下方に配置されることを特徴とする請求項４に記載の照明器具。
取付部材を備え、前記取付部材により天井面に対して前記回転中心を中心として回転可能に配置される照明器具であって、前記放熱部材は、前記天井面よりも上方にあり、天井裏空間に配置されることを特徴とする請求項４に記載の照明器具。