JP6197990B2

JP6197990B2 - ランプ装置および照明器具

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Publication number: JP6197990B2
Application number: JP2013114428A
Authority: JP
Inventors: 淳一木宮; 大塚　誠; 誠大塚; 石田　正純; 正純石田; 憲二根津; 一斎樋口
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: JP2014235776A; US20140355265A1; CN104214737A; EP2808603A1

Description

本発明の実施形態は、発光モジュールが発生する熱を外部に放熱するランプ装置、およびこのランプ装置を用いた照明器具に関する。

従来、例えばＧＨ７６ｐ形口金を用いたランプ装置など、フラット形のランプ装置が提供されている。このランプ装置では、一端側に開口部が設けられた筐体内に発光モジュールおよび点灯装置が配置され、筐体の他端側に放熱部材が取り付けられている。発光モジュールは放熱部材に熱的に接続されており、発光モジュールが発生する熱が放熱部材に熱伝導されるとともにこの放熱部材から照明器具側に熱伝導されて放熱される。

また、ランプ装置の光取出効率を向上させために、発光モジュールを筐体の開口部側に近付けて配置したランプ装置がある。このランプ装置では、発光モジュールと放熱部材とが離反することから、放熱部材とは別体の支持部材を用いて、この支持部材で発光モジュールを支持するとともに支持部材を放熱部材に接続して取り付けることにより、発光モジュールから放熱部材への熱伝導経路を確保している。支持部材は、発光モジュールを支持する部分の断面積が大きく、放熱部材に接続される部分の断面積が小さい断面略Ｔ字形に形成されている。

特開２０１２−２１６３０４号公報

しかしながら、光取出効率を向上させたランプ装置では、発光モジュールが発生する熱が支持部材を介して放熱部材に伝達されることになるため、支持部材と放熱部材との接続部分が熱抵抗となり、熱伝導が停滞し、放熱性が低下する。

本発明が解決しようとする課題は、放熱性を向上できるランプ装置および照明器具を提供することである。

実施形態のランプ装置は、筐体、発光モジュール、点灯装置および放熱体を備える。筐体は、筒状で、一端側に開口部、他端側に閉塞部およびこの閉塞部の中央部に形成された挿通部を有する。発光モジュールは、開口部から光を出射するように筐体内に配置する。点灯装置は、筐体内で発光モジュールよりも閉塞部側に配置されるとともに挿通部の周囲に配置される回路基板を有する。放熱体は、一端側が挿通部を挿通する支持部と、支持部の一端側に設けられ発光モジュールが熱伝導可能に接続される発光モジュール接続部と、支持部の他端側に設けられた外部放熱部とを有する。発光モジュール接続部の面積が支持部の断面積より小さく、支持部の他端側に断面積が外部放熱部に向けて大きくなるテーパー部が形成されており、支持部と発光モジュール接続部と外部放熱部とを一体に形成する。

本発明によれば、発光モジュールが発生する熱を発光モジュール接続部から外部放熱部に効率よく熱伝導でき、放熱性が向上することが期待できる。

一実施形態を示すランプ装置の断面図である。同上ランプ装置の分解状態の斜視図である。同上ランプ装置の斜視図である。同上ランプ装置の斜視図である。同上ランプ装置の発光モジュールの斜視図である。同上発光モジュールの側面図である。同上ランプ装置を用いた照明器具の断面図である。

以下、一実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。

図７に示すように、照明器具10は、ダウンライトなどの埋込形照明器具である。この照明器具10は、フラット形のランプ装置11、およびこのランプ装置11を着脱可能に装着する器具装置12を備えている。

図１ないし図４に示すように、ランプ装置11は、筐体20、放熱体21、設置部材22、発光モジュール23、反射体24、点灯装置25、および透光カバー26などを備えている。なお、以下、ランプ装置11の一端側であって光照射側を下側とし、他端側であって光照射方向に対して反対側を上側として説明する。

筐体20は、例えば合成樹脂などの絶縁性を有する材料で円筒状に形成され、周面部28、この周面部28の下側の開口部29、および周面部28の上側の閉塞部30を有している。閉塞部30の中央には、上下方向に開口する挿通口31を形成する円筒状の挿通部32が筐体20内に突設されている。閉塞部30の周辺部と挿通部32との間には、放熱体21が取り付けられる環状の突出部33が上方へ突設されている。筐体20の内側で、閉塞部30の周辺部および挿通部32の外周部には、点灯装置25（回路基板70）を位置決め配置する回路基板設置部34が形成され、さらに、挿通部32の外周部には、回路基板設置部34との間に点灯装置25（回路基板70）を係止する係止部35が設けられている。

また、放熱体21は、例えばアルミダイカストなどの金属、セラミックス、あるいは熱伝導性に優れた樹脂などの材料にて一体に形成されている。放熱体21は、円柱状の支持部37、支持部37の下側に形成された発光モジュール接続部38、および支持部37の上側に形成された外部放熱部39を備えている。

支持部37の下部側には挿通部32に挿通可能な円柱部40が形成され、円柱部40の下部周囲には段部41が形成されている。支持部37の上部側には断面積が上方の外部放熱部39に向けて大きくなるテーパー部42が形成され、このテーパー部42の傾斜角度は例えば４５°に設定されている。

発光モジュール接続部38は、支持部37の先端面に平面状に形成された円形の接触面であり、その面積は支持部37の断面積より小さいとともに外部放熱部39の面積より小さい。

外部放熱部39は、支持部37および発光モジュール接続部38より大径の円板状に形成され、周辺部が突出部33よりも外径方向に突出する状態で突出部33上に配置されている。外部放熱部39の周辺部には、複数のキー溝44と複数のキー45とがそれぞれ所定の位置に配設されている。外部放熱部39の上面には熱伝導シート46が取り付けられている。

支持部37の周囲には設置部材22をねじ止めするための複数のボス47が設けられ、外部接続部39の周辺部には筐体20にねじ止めするためのボス48が設けられている。そして、筐体20の内側から放熱体21の複数のボス48に複数のねじ49を螺着することにより、筐体20と放熱体21とが固定されている。

そして、筐体20の突出部33を含む上側および放熱体21の外部放熱部39などにより、所定の規格寸法の口金部50が構成されている。

また、設置部材22は、例えば合成樹脂などの絶縁性を有する材料によって形成されている。設置部材22の中央には発光モジュール接続部38が挿通される孔部52が形成され、設置部材22の周辺部には放熱体21にねじ止めするための複数の取付孔53が形成されているとともに反射体24をねじ止めするための複数の取付孔54が形成されている。そして、設置部材22は、孔部52が発光モジュール接続部38に挿通され、発光モジュール接続部38の周囲に配置された状態で、複数のねじ55が取付孔53から放熱体21の複数のボス47に螺着されることにより、放熱体21に固定されている。設置部材22を放熱体21に固定した状態では、設置部材22よりも発光モジュール接続部38が突出するか、設置部材22と発光モジュール接続部38とが面一になるように構成されている。

また、発光モジュール23は、複数の発光素子57、および複数の発光素子57を実装した基板58を備えている。

発光素子57には、四角形の容器57aの底部にＬＥＤチップを配置して蛍光体を含有した封止樹脂57bで封止したＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージが用いられている。発光素子57は、基板58上に任意の配列で密集配置されている。この密集配置されている発光素子57間の間隔は、図６に示すように、基板58の厚みをｔとすると、０〜２ｔの範囲内とされている。なお、発光素子57としては、基板58上に複数のＬＥＤチップを実装して蛍光体を含有した封止樹脂で一体に封止するＣＯＢ（Chip On Board）方式を用いてもよく、あるいはＥＬ素子など、他の半導体発光素子を用いてもよい。

基板58は、例えば金属、セラミックス、あるいは熱伝導性に優れた樹脂などの材料で形成されている。発光素子57を実装する基板58の実装面には発光素子57を電気的に接続するパターンが形成されている。基板58のパターン上には点灯装置25を電気的に接続するためのコネクタ59が実装されている。

発光モジュール23の基板58の裏面側は、熱伝導シート60を介して発光モジュール接続部38および設置部材22に接するように配置される。そして、複数の発光素子57は、下方から見て、発光モジュール接続部38の領域内に配置されている。

また、反射体24は、例えば合成樹脂などの絶縁性を有する材料で形成されている。反射体24の中央には、基板58の外形より小さく、発光素子57が挿通可能な窓孔62が形成されている。反射体24の上面には、基板58を嵌め込んで位置決めする位置決め部63が形成されている。窓孔62の周縁部から反射体24の周辺部に亘り下方へ向けて拡開する反射面64が形成されている。反射体24の周辺部には筐体20に支持される複数の支持片65が設けられている。反射面64には、反射体24を設置部材22にねじ止めすための複数の取付孔66が形成されている。そして、取付孔66を挿通するねじ67を設置部材22の取付孔54に螺着して締め付けることにより、基板58を発光モジュール接続部38へ向けて押し付けた状態で保持する。また、反射体24は、筐体20の開口部29と発光モジュール23との間に配置され、発光素子57の光が点灯装置25に照射されないように点灯装置25を覆っている。

また、点灯装置25は、例えば、商用交流電源を整流平滑して直流電源に変換する電源回路、この直流電源をスイッチング素子のスイッチングにより所定の直流出力としてＬＥＤ素子に供給し点灯させるＤＣ／ＤＣコンバータ、スイッチング素子の発振を制御する制御ＩＣなどを備えている。調光対応の点灯装置25の場合には、発光素子の電流を検出して調光信号に応じた基準値と比較し、制御ＩＣによりスイッチング素子のスイッチング動作を制御する機能を備えている。

点灯装置25は、回路基板70、およびこの回路基板70に実装された複数の電子部品である回路部品71を備えている。

回路基板70は環状に形成されていて、回路基板70の中央部には筐体20の挿通部32が挿通する円形の嵌合孔72が形成されている。回路基板70の下面が回路部品71のうちのリード線を有するリード部品を実装する実装面70aであり、上面がリード部品のリード線をはんだで接続するとともに回路部品71のうちの面実装部品を実装する配線パターンを形成した配線パターン面あるいははんだ面としての配線面70bである。

回路基板70は、配線面70bが上方に向けられて筐体20の閉塞部30に対向する状態で、筐体20内の上側位置に配置されている。回路基板70の実装面70aに実装された回路部品71は筐体20の周面部28および挿通部32と設置部材22と反射体24との間に配置されている。

回路基板70の電源入力側は電源用の一対のランプピン73に電気的に接続され、点灯出力側は発光モジュール23に電気的に接続されている。電源用の一対のランプピン73は筐体20の閉塞部30から垂直に突出されている。なお、点灯装置25が調光対応の場合には、電源用とは別に調光用の複数のランプピン73も筐体20の閉塞部30から垂直に突出される。

また、透光カバー26は、例えば透光性を有する合成樹脂によって円板状に形成されており、開口部29を覆って筐体20に取り付けられている。発光モジュール23に対向する透光カバー26の内面（上面）には、ランプ装置11から出射する光を所定の配光に制御するためのフレネルレンズ75が形成されている。フレネルレンズ75は、径方向にのこぎり状の断面形状を有し、同心円状に形成されている。透光カバー26の下面周辺部には、器具装置12（ソケット）に対して着脱するランプ装置11の回動操作を容易にするための指掛け部76が突設されている。なお、透光カバー26の内面には、フレネルレンズ75を設けなくてもよく、光を拡散する拡散面などを設けてもよい。

次に、図７に示すように、器具装置12は、下方へ向けて拡開開口された器具反射体81、この器具反射体81の上部に取り付けられた器具本体としての器具放熱体82、この器具放熱体82の下部に取り付けられたソケット83、器具放熱体82の上部に取付板84によって取り付けられた端子台85、および器具放熱体82の周囲に取り付けられた天井取付用の複数の取付ばねなどを備えている。

器具反射体81は、下方へ向けて拡開する円筒状に形成されている。

また、器具放熱体82は、例えばアルミダイカストなどの金属、セラミックス、放熱性に優れた樹脂などの材料によって形成されている。器具放熱体82は、円板状の基部87、およびこの基部87の上面から突出する複数の放熱フィン88を有している。基部87の下面には、器具反射体81内に露出する平面状の接触面89が形成されている。

また、ソケット83は、絶縁性を有する合成樹脂製で環状に形成されたソケット本体91、およびこのソケット本体91に配置された図示しない電源用の一対の端子を備えている。なお、調光対応の場合には、調光用の複数の端子も備えている。

ソケット本体91の中央には、ランプ装置11の口金部50（突出部33）が挿通する円形の挿通孔92が形成されている。ソケット本体91の下面には、ランプ装置11のランプピン73が挿入される複数の接続孔が周方向に沿って長孔状に形成されている。各接続孔の上側に端子が配置されており、接続孔に挿入されたランプ装置11のランプピン73が端子に電気的に接続される。

ソケット本体91の内周面には、複数のキーが突出形成されているとともに、複数の略Ｌ字形のキー溝が形成されている。ソケット83のキーおよびキー溝とランプ装置11のキー溝44およびキー45とはそれぞれ対応する位置に設けられている。そして、ランプ装置11のキー45およびキー溝44をソケット83のキー溝およびキーに合わせてランプ装置11の口金部50をソケット83に挿入し、ランプ装置11を回動させることによりランプ装置11をソケット83に着脱可能に装着することができる。

ソケット83は支持機構によって器具放熱体82に支持されている。この支持機構では、ソケット83にランプ装置11の口金部50が装着されることにより、その口金部50の上面すなわち放熱体21の外部放熱部39を器具放熱体82の接触面89に押し付けて熱伝導性を高めるように構成されている。

また、端子台85は、ソケット83の端子と電気的に接続されている。

そして、このようにランプ装置11と器具装置12とで構成される照明器具10において、ランプ装置11を器具装置12に装着するには、口金部50のキー45およびキー溝44をソケット83のキー溝およびキーに合わせて口金部50をソケット83に挿入し、ランプ装置11をソケット83に対して所定角度回動させることにより、口金部50のキー45がソケット83のキー溝に係止され、ランプ装置11をソケット83に取り付けることができる。これにより、口金部50のランプピン73がソケット83の各端子に電気的に接続され、また、口金部50の上面すなわち放熱体21の外部放熱部39が熱伝導シート46を介して器具放熱体82の接触面89に押し付けられて密着し、放熱体21から器具放熱体82に効率よく熱伝導可能となる。

また、ランプ装置11の点灯時には、商用交流電源がランプ装置11の点灯装置25に供給され、この点灯装置25により商用交流電力を所定の直流電力に変換して発光モジュール23の発光素子57に供給し、発光素子57が点灯する。点灯した発光素子57の光は、透光カバー26を透過して所定の照射方向へ照射される。

ランプ装置11では、発光モジュール23が放熱体21によって透光カバー26に近い位置に配置されているため、発光素子57の光の多くが透光カバー26に直接入射して出射されていくため、光取出効率を向上できる。

また、ランプ装置11の点灯時において、発光モジュール23の発光素子57が発生する熱は、主に、基板58から熱伝導シート60を介して放熱体21の発光モジュール接続部38、支持部37および外部放熱部39に熱伝導されるとともに、外部放熱部39から熱伝導シート46を介して器具放熱体82に熱伝導され、この器具放熱体82の複数の放熱フィン88から空気中に放熱される。

このとき、放熱体21の支持部37と発光モジュール接続部38と外部放熱部39とが一体に形成されているため、発光素子57が発生する熱を放熱体21の発光モジュール接続部38から外部放熱部39に効率よく熱伝導することができ、放熱性がよい。

また、ランプ装置11の点灯時において、点灯装置25が発生する熱は、筐体20などに伝わり、筐体20などの表面から空気中に放熱される。

そして、本実施形態のランプ装置11では、放熱体21の発光モジュール接続部38の面積を支持部37の断面積より小さくしている。これにより、外部放熱部39の面積が発光モジュール接続部38の面積や支持部37の断面積より大きくても、放熱体21を分割することなく、成形金型によって放熱体21を一体に形成することができるとともに、発光モジュール接続部38および支持部37を筐体20の挿通部32に挿通させることができる。したがって、放熱体21の支持部37と発光モジュール接続部38と外部放熱部39とを一体に形成できるため、発光モジュール23の発光素子57が発生する熱を発光モジュール接続部38から外部放熱部39に効率よく熱伝導でき、放熱性を向上できる。

また、一般に熱は放射状に熱伝導される特性を有しているが、支持部37の断面積を発光モジュール接続部38から外部放熱部39に向けて大きくしているので、支持部37での熱伝導損失を少なくできる。そのため、発光モジュール23の発光素子57が発生する熱を発光モジュール接続部38から外部放熱部39に効率よく熱伝導でき、放熱性を向上できる。

また、発光モジュール接続部38の周囲に配置している設置部材22により、発光モジュール23を安定して支持することができる。すなわち、放熱体21の発光モジュール接続部38の面積を支持部37の断面積より小さくしているために、発光モジュール接続部38の面積が基板58の面積より小さくなる場合があるが、設置部材22によって基板58の周辺部を支持することにより、発光モジュール23を安定して支持できる。

さらに、設置部材22が絶縁材料によって形成されているため、設置部材22と点灯装置25の回路部品71とを近付けて配置することができ、ランプ装置11を小形化することができる。

なお、設置部材22は、熱伝導性が良い絶縁材料によって形成することにより、発光素子57が発生する熱を基板58から設置部材22を通じて放熱体21に効率よく熱伝導することができ、放熱性を向上できる。

また、筐体20の開口部29と発光モジュール23との間に反射体24を配置しているため、この反射体24で発光素子57の光を照射方向へ向けて反射させ、光取出効率を向上できる。さらに、反射体24で点灯装置25を覆うため、発光素子57の光が点灯装置25の回路基板70や回路部品71に照射されるのを防止でき、回路基板70や回路部品71に光劣化が生じるのを防止できる。さらに、反射体24と設置部材22との間に基板58を保持することができる。したがって、反射体24は、反射機能、点灯装置25の保護機能、発光モジュール23の固定機能の３つの機能を併せ持っている。

また、発光モジュール23の複数の発光素子57を基板58上に密集配置している。この密集配置する発光素子57間の間隔は、図６に示すように、基板58の厚みをｔとすると、０〜２ｔの範囲内としている。基板58内を伝わる熱は主に熱源から角度４５°に広がるように熱伝導されるため（熱の伝わり方を図６に破線で示す）、発光素子57間の間隔が２ｔより広くても発光素子57から放熱体21への熱伝導効率はあまり向上せず、それにもかかわらず発光モジュール23が大形化してしまう。複数の発光素子57で構成される光源径が大きくなるため、フレネルレンズ75を使用した場合に、物点径が大きく、配光が広くなってしまう不都合がある。そのため、発光素子57間の間隔は０〜２ｔの範囲内であれば、熱伝導効率を維持したまま、発光モジュール23を小形にできるし、光源径も小さくすることができる。なお、発光素子57間の間隔を２ｔより小さくすると、基板58内で隣り合う発光素子57から伝達される熱が重なる領域が生じるが、発光素子57から放熱体21への熱伝導効率への影響は少ない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 照明器具
11 ランプ装置
20 筐体
21 放熱体
22 設置部材
23 発光モジュール
24 反射体
25 点灯装置
29 開口部
30 閉塞部
32 挿通部
37 支持部
38 発光モジュール接続部
39 外部放熱部
42 テーパー部
57 発光素子
58 基板
70 回路基板
82 器具本体としての器具放熱体
83 ソケット

Claims

一端側に開口部、他端側に閉塞部およびこの閉塞部の中央部に形成された挿通部を有する筒状の筐体と；
開口部から光を出射するように筐体内に配置される発光モジュールと；
筐体内で発光モジュールよりも閉塞部側に配置されるとともに挿通部の周囲に配置される回路基板を有する点灯装置と；
一端側が挿通部を挿通する支持部と、支持部の一端側に設けられ発光モジュールが熱伝導可能に接続される発光モジュール接続部と、支持部の他端側に設けられた外部放熱部とを有し、発光モジュール接続部の面積が支持部の断面積より小さく、支持部の他端側に断面積が外部放熱部に向けて大きくなるテーパー部が形成されており、支持部と発光モジュール接続部と外部放熱部とが一体に形成された放熱体と；
を具備していることを特徴とするランプ装置。
発光モジュール接続部の周囲に配置され、発光モジュールを支持する絶縁材料で形成された設置部材を具備している
ことを特徴とする請求項１記載のランプ装置。
筐体の開口部と発光モジュールとの間に配置されるとともに設置部材との間に発光モジュールを保持する反射体を具備している
ことを特徴とする請求項２記載のランプ装置。
発光モジュールは、複数の発光素子、および複数の発光素子を実装した基板を有し、発光素子間の間隔が基板の厚みの２倍以下である
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載のランプ装置。
請求項１ないし４いずれか一記載のランプ装置と；
ランプ装置が接続されるソケットを有する器具本体と；
を具備していることを特徴とする照明器具。