JP5950153B2

JP5950153B2 - 発光装置、照明装置、及び照明器具

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Publication number: JP5950153B2
Application number: JP2012077606A
Authority: JP
Inventors: 学貴家
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP2013206851A

Description

本発明の実施形態は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子が実装された基板を備える発光装置、この発光装置が用いられた照明装置、及びこの照明装置が用いられた照明器具に関する。

近時、ＬＥＤの高出力化及び高効率化に伴い、光源としてＬＥＤを用いた屋内又は屋外で使用される低消費電力、長寿命化が期待できる照明装置が開発されている。この照明装置は、ＬＥＤから出射される光によって所定の明るさを得るようにしたものであり、例えば、ＬＥＤを実装した複数枚の基板が放熱部材等の取付部材に取付ねじによって取付け固定されている。

また、端部材と基板との相対的な姿勢を一定に保持するために、ホルダーを介して基板を保持する構造が知られている。このホルダー部材は基板の縁部を支持することでホルダー部材と基板との相対位置を規制している（例えば、「特許文献１」参照）。

特開２０１０−１２９３８２号公報

しかしながら、上記したような照明装置における基板の取付構成の場合には、基板は部品点数が増加し、組立作業効率が低下する虞が生じる。加えて、基板に取付ねじの貫通孔を形成し、取付部材側にはねじ穴を形成する等の必要性が生じる。また、ホルダー部材によって基板の縁部のみを支持する構造の場合には素子毎の温度差が生じやすくなり、長期点灯した場合に発光バランスの悪化が顕著となる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、部品点数を少なくし、組立作業効率の向上を図ることが可能で、点灯時に基板に実装した発光素子間の温度差が生じ難い発光装置、この発光装置が用いられた照明装置、及びこの照明装置を用いた照明器具を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による発光装置は、発光素子が表面側に実装される長尺状の基板と、この基板の裏面側に沿って対向配置される基板取付面と、前記基板取付面よりも前記基板から離間するように前記基板取付面の両側縁に形成された一対の裏面側支持部と、この裏面側支持部にそれぞれ対向配置されて前記裏面側支持部とともに前記基板を長手方向にスライド挿入される基板挿入溝を形成する一対の表面側支持部と、を有し、前記基板が前記基板挿入溝にスライド挿入された状態で、前記基板の裏面の両側部側と前記裏面側支持部との間にギャップが形成されるとともに、前記一対の表面側支持部をかしめられた状態で前記基板を取り付けられる取付部材とを備える。

本発明の実施形態によれば、部品点数を少なくし、組立作業効率の向上を図ることが可能で、点灯時に基板に実装した発光素子間の温度差が生じ難い発光装置、この発光装置が用いられた照明装置及びこの照明装置が用いられた照明器具を提供することができる。

本発明の実施形態に係る照明器具を示す斜視図である。同直管形ＬＥＤランプを示す側面図である。図２中、Ｙ−Ｙ線に沿って切断して示す斜視図である。同直管形ＬＥＤランプにおける発光装置を示す斜視図である。図４における要部の拡大図である。同発光装置を分解して示す斜視図である。同基板を取付部材に取付け固定するかしめ工程を説明するための模式的断面図である。同かしめ機の概略を示す斜視図である。同基板を取付部材に取付け固定するかしめ工程を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は初期段階、（ｂ）は中間段階、（ｃ）は最終段階を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図９を参照して説明する。図１は、照明器具を示し、図２及び図３は、照明装置としての直管形ＬＥＤランプを示し、図４乃至図６は、発光装置を示している。また、図７乃至図９は、基板を取付部材に取付け固定する状態を説明するための図である。なお、各図において同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１において、天井面へ設置される照明器具が示されており、この照明器具は、冷間圧延鋼板等によって形成された横長の略直方体形状の器具本体１と、この器具本体１に取付けられた直管形ＬＥＤランプ２とを備えている。

器具本体１は、基本的には既存の構成をなしていて、下面側が開放した開放部を有する箱状に形成されており、長手方向の両端部に取付けられた一対のソケット部３と、器具本体１内に収容された点灯装置４と、前記下面側の開放部を覆うように取付けられた反射板１１とを備えている。

ソケット部３は、ＰＢＴ樹脂等からなり、図２に示す直管形ＬＥＤランプ２の両端部から突出する給電端子７１とアース端子７２が接続されるようになっている。

点灯装置４は、商用交流電源ＡＣに接続されており、この交流電源ＡＣを受けて直流出力を生成するダイオードブリッジ回路を備えている。点灯装置４は、例えば、ダイオードブリッジ回路の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、この平滑コンデンサに直流電圧変換回路及び電流検出手段を接続して構成されている。この点灯装置４の出力端は、一方のソケット部３の端子に接続されている。

反射板１１は、反射面を有し、器具本体１の下面側の開放部を覆うように取付けられている。また、長手方向の両端部には、ソケット部３が嵌合する略長方形の切欠き部が形成されている。

図１乃至図４に示すように、照明装置としての直管形ＬＥＤランプ２は、本実施形態では、既存の直管形蛍光ランプと略同様な寸法及び外形を有している。具体的には、例えば、２０Ｗの直管形蛍光ランプと略同様な寸法及び外形を有していて、日本電球工業会規格ＪＥＬ８０１「Ｌ形ピン口金GX16t-5付直管形ＬＥＤランプシステム（一般照明用）」に基づいて構成されている。直管形ＬＥＤランプ２は、長尺状で外観が略円筒状の本体５、発光装置６、口金部７を備えている。

図３に示すように、本体５は、内部空間を有し、略円筒状に形成され、透光性の拡散性を有するポリカーボネート樹脂等の合成樹脂材料から押出成形によって作られている。本体５の内壁には、対向して内側に突出する一対の支持レール５１が形成されており、この支持レール５１には、長手方向に沿って長尺状の取付部材６０が支持され配設されている。

なお、本体５の成形方法は、格別限定されるものではない。また、例えば、本体５を半円筒状の２つの部材を結合して構成するようにしてもよい。さらに、内部空間が形成できれば、断面が多角形状であってもよく、形状が限定されるものではない。

図３乃至図７に示すように、発光装置６は、取付部材６０と、この取付部材６０に取付けられる長尺状の基板６１と、基板６１の表面側に直線状に並べられて実装された複数の発光素子６２と、各発光素子６２を覆う蛍光体層６３とを備えている。また、基板６１は、複数枚が長手方向に並べられて配設されている。

図３、図６及び図７に示すように、取付部材６０は、長尺状の放熱部材であり、熱伝導性が良好なアルミニウム材料等から押出成形によって形成されている。取付部材６０は、基板の裏面側に沿って対向配置される基板取付面６０１、基板挿入溝６０２、支持レール挿入溝６０３を一体的に有している。

基板取付面６０１は、略平坦状に形成されていて、横長の長方形状の面をなしており、基板６１の裏面側と対向する面状部分である。詳しくは、図６及び図７に代表して示すように、この基板取付面６０１の長手方向と直交する方向の両端部側には、外側に向かって傾斜（図示上、下り勾配）する傾斜面６０１ａが形成されている。この傾斜面６０１ａは、詳細を後述するように表面側支持部ととともに基板挿入溝を形成する一対の裏面側支持部に形成されており、基板取付面よりも基板から離間するように基板取付面の両側縁に形成されている。

基板挿入溝６０２は、基板取付面６０１の長手方向に沿って両側に形成されている。基板挿入溝６０２は、概略的には、断面がコ字状に形成された溝状部であり、表面側支持部６０２ａ及び裏面側支持部６０２ｂを備えて形成されている。これら表面側支持部６０２ａ及び裏面側支持部６０２ｂは、基板６１の表裏における長手方向に沿う縁部に対向する部分であり、表面側支持部６０２ａと裏面側支持部６０２ｂとは、側壁部６０２ｃによって連続的に接続されている。すなわち、基板取付面６０１の両側縁には一対の裏面側支持部６０２ｂが形成され、この裏面側支持部６０２ｂは基板取付面６０１よりも基板６１から離間するように形成されている。そして、裏面側支持部６０２ｂにそれぞれ対向配置されて一対の表面側支持部６０２ａが形成されている。

より詳しくは、表面側支持部６０２ａは、長手方向と直交する方向に延出しており、その一端部（先端部）には、前面側（光の照射方向側、図７においては上側）に長手方向にわたって突出する線状突起部Ｐｆが形成されている。また、背面側には、同様に、長手方向にわたって突出する線状突起部Ｐｂが形成されている。

この表面側支持部６０２ａの他端部は、側壁部６０２ｃに接続されていて、この他端部から鋭角状に側壁部６０２ｃが背面側へ延出し、裏面側支持部６０２ｂに接続されている。

また、基板取付面６０１の背面側における長手方向に沿う両側には、支持レール挿入溝６０３が形成されている。この支持レール挿入溝６０３は、既述のように本体５の支持レール４１が挿入されて取付部材６０を本体５に支持する機能を有している。さらに、基板取付面６０１の背面側には、取付部材６０を形成する材料の有効的活用及び軽量化を図るため空洞部Ｃが長手方向にわたって形成されている。なお、取付部材６０は、押出成形によって形成するのが好適であるが、これに限らない。成形方法が格別限定されるものではない。

図３乃至図６に示すように、基板６１は、絶縁材である例えば、ガラスコンポジット基板（ＣＥＭ−３）やガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）等の平板状の材料で長方形状に形成されている。表面側には銅箔で形成された配線パターン層が形成されており、また、その上には、適宜レジスト層が積層されるようになっている。このレジスト層は、反射率の高い白色のレジスト層であり、基板６１の表層に発光素子６２の実装領域や線状接続導体８が接合されるはんだランド部を除いて、ほとんど全面に積層されている。

このような基板６１は、裏面側が取付部材６０の基板取付面６０１に密着するように熱的に結合されて複数枚が、詳細を後述するように取付部材６０にかしめられて固定されている。具体的には、中央部に細長で長尺状の基板６１１が配設され、この基板６１１の両側に隣接するように長さ寸法の短い基板６１２が並べられて配設されている。つまり、基板６１は、長手方向の全長にわたって分割されて配設されている。なお、この場合、同じ長さ寸法の基板を複数枚、例えば、２枚や３枚配設して構成するようにしてもよい。

また、基板６１の材料には、セラミックス材料、合成樹脂材料又は各発光素子６２の放熱性を高めるうえで、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れたべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を適用することができ、格別その材料が限定されるものではない。

隣接する各基板６１の端部側には、はんだランド部が２個ずつ形成されている。はんだランド部は、配線パターン層の一部であり、レジスト層が積層されないで配線パターン層が表面に露出している部分である。このはんだランド部には、線状接続導体８がはんだ付けされて電気的に接続されている。

線状接続導体８は、断面円形状の導電性を有する線状部材であり、線状接続導体８が隣接する基板６１間にわたって、はんだランド部にはんだ９によって接合されることにより、各基板６１相互は電気的に接続され電源側から発光素子６２に電力が供給されるようになる。

複数の発光素子６２は、ＬＥＤのベアチップからなる。ＬＥＤのベアチップには、例えば、白色系の光を発光部で発光させるために、青色の光を発するものが用いられている。このＬＥＤのベアチップは、シリコーン樹脂系の絶縁性接着剤を用いて基板６１上に接着され、ボンディングワイヤによって配線パターン層６１ａ上に電気的に接続されている。

蛍光体層６３は、透光性合成樹脂、例えば、透明シリコーン樹脂製であり、ＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体を適量含有している。蛍光体層６３は、個々の発光素子６２を発光素子６２ごとに被覆する山形の形状をなしている。蛍光体は、発光素子６２が発する光で励起されて、発光素子６２が発する光の色とは異なる色の光を放射する。発光素子６２が青色光を発する本実施形態では、白色光を出射できるようにするために、蛍光体には青色の光とは補色の関係にある黄色系の光を放射する黄色蛍光体が使用されている。

なお、発光素子としては、表面実装型のＬＥＤパッケージを用いてもよい。また、砲弾型のＬＥＤを実装するようにしてもよく、実装方式や形式は、格別限定されるものではない。

図２に代表して示すように、口金部７は、ＰＢＴ樹脂等の合成樹脂材料から作られており、本体５における長手方向の両端部に設けられていて、器具本体１のソケット部３に取付け可能に構成されている。一方の口金部７からは給電端子７１が突出して設けられており、他方の口金部７からはアース端子７２が突出して設けられている。

次に、基板６１の取付部材６０への取付方法について説明する。基板６１は、基板挿入溝６０２にスライド挿入された状態で取付部材６０にかしめられて固定される。すなわち、図４及び図５に示すように、基板６１は、線状接続導体８のはんだ付け接合部の近傍における表面側支持部６０２ａが加圧変形されてかしめられて取付部材６０に固定される。なお、かしめ部位は図示上Ａ部として丸線で示しているように、一対の表面側支持部６０２aにおいて両側縁のそれぞれが互いに長手方向にずれた位置がかしめられている。すなわち、表面側支持部６０２aのかしめ位置は基板６１を挟んで基板６１の短手方向には向かい合わず、斜め方向に対向するように形成されている。このため、基板６１の短手方向に向かいあってかしめ位置が形成される場合に比べ、かしめ位置間の距離が長くなる。このため、同じかしめ量で基板６１を保持する場合、基板６１の固定を確実に行うことができるとともに、単位長さあたりの基板の変形量を小さくすることができる。これによって、基板６１の歪みを減らすことができ、基板６１と基板取付面６０１との密着性を高め、点灯時の基板６を均熱化することができる。

具体的なかしめ工程については、主として図６乃至図９を参照して説明する。まず、図６に示すように、基板６１が取付部材６０の端部側から基板挿入溝６０２にスライドして挿入される。これにより基板６１は、取付部材６０に仮に保持されるようになる。

この保持状態において、図７に示すように取付部材６０をかしめ機１００にセットする。かしめ機１００は、概略的には、図８に示すように、押し型（上側）１０１と受け台（下側）１０２とを備えている。押し型１０１には、下方の両側に所定の間隔を空けて基板の長手方向にずれた位置に１つずつ加圧部１０１ａが形成されている。一方、受け台１０２には、溝状の取付部材６０のセット部１０２ａが形成され、セット部１０２ａの両側には、押し型１０１の加圧部１０１ａに対向する受け部１０２ｂが形成されている。押し型１０１は、上下駆動されるようになっており、下方側に駆動したときに加圧してかしめ加工が行われる。

取付部材６０がかしめ機１００のセット部１０２ａにセットされた状態においては、取付部材６０の裏面側支持部６０２ｂの外面側がかしめ機１００の受け部１０２ｂに載置される。

図９に示すかしめ工程において、図７を参照しながら説明すると、まず、図９(ａ)に示すように取付部材６０をかしめ機１００のセット部１０２ａにセットする。ここで、前述のように基板取付面６０１には、傾斜面６０１ａが形成されている。このため、基板６１の裏面側と基板取付面６０１との間には、僅かながらギャップＧが生じるようになる。

この状態から図９（ｂ）に示すように押し型１０１の加圧部１０１ａを下降駆動する。すると、加圧部１０１ａが取付部材６０の表面側支持部６０２ａにおける前面側の線状突起部Ｐｆに先行して当たり、さらに下降することにより、表面側支持部６０２ａが加圧され下方側（図示矢印Ｔｆで示す）に塑性変形する。このとき、この塑性変形は、表面側支持部６０２ａの一端部（先端部）を自由端部とし他端部を固定端部とし、この固定端部を支点Ｆとして行われるようになる。

また、基板６１は、表面側支持部６０２ａにおける背面側の線状突起部Ｐｂに押圧され、ギャップ形成手段によるギャップＧの形成により、長手方向と直交する両端部側が背面側へ若干撓るように変形する。

この場合、表面側支持部６０２ａの前面側には線状突起部Ｐｆが形成されているので、加圧部１０１ａによってこの線状突起部Ｐｆが加圧され、かしめ、すなわち、表面側支持部６０２ａの変形が安定的に行われるようになる。加えて、背面側には線状突起部Ｐｂが形成されているので、基板６１への押圧力が安定的に加わるようになる。

次いで、図９（ｃ）に示すように押し型１０１の加圧部１０１ａを元の位置に上昇駆動し加圧を解く。このとき、表面側支持部６０２ａは、基本的には塑性変形するが、変形が僅かながら元に戻るスプリングバック（図示矢印Ｓｂで示す）という現象が生じる。

したがって、ギャップ形成手段によるギャップＧが形成されない場合には、表面側支持部６０２ａのスプリングバックによって、基板６１の表面側と表面側支持部６０２ａの線状突起部Ｐｂとの間に隙間が生じて、基板６１をしっかりと固定できない可能性がある。

しかしながら、本実施形態においては、ギャップ形成手段によってギャップＧが形成されていることにより、表面側支持部６０２ａがその分、余分に背面側へ変形する。これと同時に、基板６１がその分、背面側へ弾性変形し、表面側支持部６０２ａがスプリングバックしても弾性により表面側支持部６０２ａの戻りに追随して弾性復帰するようになる。このため、基板６１の表面側と表面側支持部６０２ａの線状突起部Ｐｂとの間に隙間が生じることなく密着でき、基板６１をしっかりと取付部材６０に取付け固定することが可能となる。このように本実施形態は、基板６１をかしめによって固定する場合に、材料の性質によるスプリングバックを想定した設計となっている。

また、この固定状態においては、表面側支持部６０２ａのかしめによる塑性変形は、固定端部を支点Ｆとして行われるので、外形的な変形を少なくすることができる。

さらに、本実施形態では、一対の表面側支持部６０２aにおいて両側縁のそれぞれが互いに長手方向にずれた位置がかしめられている。このため、斜め方向に対向するかしめ位置とかしめ位置間を結ぶ線上の基板取付面６０１の３箇所で固定バランスをとるため表面側支持部６０２aの両側縁間の寸法バラツキが自動的に補正される。これによって、発光素子６２が実装される基板６１の短手方向中央部を長手方向にわたって均一に基板取付面６０１に接触させることができる。

このかしめ工程の終了後、例えば、部品自動供給機によって線状接続導体８を基板６１の接合位置に配置し、線状接続導体８を基板６１間にわたってはんだ付けによって接合する。

はんだ付け工程に際しては、かしめ部位（Ａ部）が線状接続導体８のはんだ付け接合部の近傍に位置されているので、はんだ付けに伴い基板６１が浮き上がったり、ずれたりするのを回避することが可能となる。

上記のように構成された照明器具において、点灯装置４に給電されると、ソケット部３、口金部７から複数枚の基板６１へ線状接続導体８を介して通電され、発光素子６２に電力が供給され、各発光素子６２が点灯する。発光素子６２から出射された光は、透光性の本体５を透過して下方に放射され所定範囲が照射される。

また、発光素子６２の点灯中には熱が発生する。この熱は、主として基板６１に伝わり、基板６１の裏面側から取付部材６０の基板取付面６０１に伝導され、取付部材６０の表面全体から放熱される。この場合、基板６１は取付部材６０にかしめられて取付けられているため、基板６１の裏面側は基板取付面６０１に良好に密着され基板６１全体の均熱化を促進することができるとともに放熱効果を高めることができる。

以上のように本実施形態によれば、基板６１は、取付部材６０の基板挿入溝６０２にスライドして挿入され、表面側支持部６０２ａがかしめられて取付部材６０に取付け固定されるので、取付ねじ等の固定部材を不要とし、部品点数を少なくし、組立作業効率の向上を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していないものである。

例えば、上記実施形態においては、取付部材に基板の裏面側が密着するように熱的に結合される基板取付面を形成する場合について説明したが、表面側支持部及び裏面側支持部は、長手方向の全長にわたって形成されることが好ましいが、例えば、部分的に形成することを妨げるものではなく、複数の取付部材で構成してもよい。さらに、取付部材を分割して構成する場合、それぞれアルミニウム、塗装鋼板、合成樹脂等の異なる材料を使用してもよく、例えば、一つの取付部材をアルミ二ウム、他の取付部材を塗装鋼板または合成樹脂で構成してもよい。さらに、かしめによって取付部材の形状が変形させて元の状態に戻らないようにしてもよいし、取付部材の一部を形状を保った状態で塑性変形させることによって元の状態に戻るようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、照明装置としての直管形ＬＥＤランプは、日本電球工業会規格ＪＥＬ８０１に基づいて構成したものについて説明したが、これに限定されるものではない。この規格に適合しない構成をも許容する。また、照明装置としては、ランプや屋外又は屋外で使用される照明器具、ディスプレイ装置等に適用可能である。

１・・・照明器具本体、２・・・照明装置（直管形ＬＥＤランプ）、３・・・ソケット部、４・・・点灯装置、５・・・本体、６・・・発光装置、７・・・口金部、８・・・線状接続導体、９・・・はんだ、６１・・・基板、６２・・・発光素子（ＬＥＤ）、６３・・・蛍光体層、６０・・・取付部材、６０１・・・基板取付面、６０１ａ・・・傾斜面、６０２・・・基板挿入溝、６０２ａ・・・表面側支持部、６０２ｂ・・・裏面側支持部、６０２ｃ・・・側壁部、６０３・・・支持レール挿入溝、Ａ部・・・かしめ部位

Claims

発光素子が表面側に実装される長尺状の基板と；
この基板の裏面側に沿って対向配置される基板取付面と、前記基板取付面よりも前記基板から離間するように前記基板取付面の両側縁に形成された一対の裏面側支持部と、この裏面側支持部にそれぞれ対向配置されて前記裏面側支持部とともに前記基板を長手方向にスライド挿入される基板挿入溝を形成する一対の表面側支持部と、を有し、前記基板が前記基板挿入溝にスライド挿入された状態で、前記基板の裏面の両側部側と前記裏面側支持部との間にギャップが形成されるとともに、前記一対の表面側支持部をかしめられた状態で前記基板を取り付けられる取付部材と；
を具備することを特徴とする発光装置。
前記取付部材は、前記一対の表面側支持部において両側縁のそれぞれが互いに長手方向にずれた位置がかしめられて前記基板が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
請求項１または２に記載の発光装置を収容し、前記発光素子から照射された光を外方へ透過する透光部を有する本体と；
前記本体の両端部に配設された口金と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
器具本体と；
この器具本体に取り付けられる請求項３に記載された照明装置と；
を具備したことを特徴とする照明器具。