JP6256750B2 - ランプ装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、発光体に発生する熱が放熱体を介して放熱されるランプ装置およびこのランプ装置を具備する照明装置に関する。

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案されている。このランプ装置は、一端側に開口部および他端側に口金部が設けられた筐体内に発光モジュール（発光体）が配置されている。発光モジュールは、口金部に熱的に接続されている。そして、ランプ装置は、口金部が照明器具に面接触するようにして取り付けられている。すなわち、発光モジュールに発生する熱を口金部に熱伝導させて、口金部から照明器具側に熱伝導させて放熱している。

発光モジュールは、基板およびこの基板に実装された発光素子例えばＬＥＤを有して形成されている。そして、基板から照明器具までの口金部の熱抵抗を極力小さくするために、口金部の高さを小さくしている（例えば特許文献１参照。）。

特開２０１２−２１６３０７号公報（第４−５頁、第１図）

しかしながら、口金部の高さが小さいと、熱源から照明器具までは熱が伝わりやすくなるものの、口金部と照明器具との接触面を放熱経路として充分に使うことができず、口金部の接触面から照明器具側への熱伝導が非効率的となっている。

本発明は、発光体の熱が効率的に放熱するランプ装置およびこのランプ装置を装着する照明装置を提供することを目的とする。

実施形態のランプ装置は、筐体、発光体および放熱体を有して構成される。

筐体は、中央部が前後方向に開口された円環状に形成される。発光体は、基板およびこの基板に実装された発光素子を有して形成される。中実の円錐台の放熱体は、一端側の端面が基板の発光素子が実装された領域の最大径よりも大きく、他端側の端面に放熱面が形成されるとともに、発光体が筐体の前側に光を出射するように筐体に取り付けられる。そして、放熱体は、一端側の端面から他端側の端面までの厚さをＴ、一端側の端面の基板における発光素子が実装された領域に対応する大きさをＡ、他端側の端面に形成された放熱面の大きさをＢとすると、Ｂ＞Ａ、Ｔ＝（Ｂ−Ａ）／２およびＴ≧Ａ／４の関係式を満たすように形成されている。

本実施形態のランプ装置によれば、発光体に発生した熱は、放熱体の一端側の端面側から他端側の端面に広がるように熱伝導するので、発光体の放熱が向上することが期待できる。

本発明の実施形態を示すランプ装置であり、（ａ）は（ｂ）のＥ−Ｅ矢視方向の概略断面図、（ｂ）は概略上面図、（ｃ）は概略正面図である。 同上、ランプ装置の下側から見た概略分解斜視図である。 同上、ランプ装置の上側から見た概略分解斜視図である。 同上、放熱体における熱伝導を示す模式図である。 同上、照明装置の一部切り欠き概略正面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態のランプ装置１は、装置本体に設けられた放熱構造付き口金に着脱されるものであり、図１〜図３に示すように、筐体２、発光体３、放熱体４およびカバー５を有して形成されている。なお、各図において、ランプ装置１の一端側であって光照射側を前側とし、他端側であって光照射方向に対して反対側を後側として説明する。

筐体２は、合成樹脂例えばポリブチレンテレフタレート樹脂などの絶縁性を有する材料で円環状に形成され、図２に示すように、周面部６、この周面部６の前側の開口部７および周面部６の後側の平板部８を有している。平板部８は、平坦状に形成され、その中央部が前後方向に開口されるように、放熱体４が取り付けられる略円筒状の突出部９が平板部８から後側方向へ突設されている。突出部９の内周面側には、取付孔１０を有するダボ１１が周回方向に１２０°間隔で設けられている。また、突出部９の後側には、図３に示すように、切り欠き部１２が周回方向に１２０°間隔で設けられている。そして、平板部８には、複数個のランプピン１３が後側方向に垂直に突出するように設けられている。複数個のランプピン１３は、電源用の一対のランプピン、センサ用のランプピンやダミーのランプピンなどからなっている。そして、周面部６の内側に、発光体３が配設されている。

発光体３は、発光モジュールとも称されるものであり、図２に示すように、基板１４およびこの基板１４の一面１４ａ側に実装された複数個の発光素子１５を有して形成されている。基板１４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。そして、基板１４の一面１４ａ側には、発光素子１５を電気的に接続する不図示の配線パターンが形成されているとともに、当該配線パターンに電気的に接続されたコネクタ１６，１６が実装されている。コネクタ１６，１６には、電源用の一対のランプピン１３，１３に電気接続されたリード線１７，１７が接続されている。

発光素子１５は、例えばＬＥＤチップを蛍光体が含有された封止樹脂で封止したＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージが用いられており、通電により白色光を放射する。そして、複数個の発光素子１５は、基板１４の一面１４ａ上に略円形を形成する配列で密集配置されている。なお、発光素子１５としては、基板１４の一面１４ａ上に複数個の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。

そして、発光体３は、筐体２内において、放熱体４に熱結合されている。すなわち、図３に示すように、基板１４の他面１４ｂが高熱伝導率を有する絶縁シート１８を介して放熱体４に密接している。絶縁シート１８は、例えばシリコーン樹脂からなり、所定の厚さの円盤に形成されている。

放熱体４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４は、図１および図２に示すように、中実の円錐台を含む本体部１９、この本体部１９の一端側の端面に平坦状であって円形状の発光体接続部２０および本体部１９の他端側の端面に発光体接続部２０より径大の円形状の放熱部２１を有するように形成されている。本体部１９の外周面１９ａは、例えば他端側の端面に対して４５°の傾斜角度に設定されている。

また、本体部１９の外周面１９ａには、筐体２のボス１１との干渉を回避する凹部２２が周回方向に１２０°間隔で形成されている。そして、凹部２２において、ねじ孔２３を有するボス２４が放熱部２１から垂下するように形成され、放熱部２１およびボス２４と一体化したキー２５が放熱部２１から外方に幾分突出するように形成されている。また、放熱部２１の外周面２１ｃには、複数個のキー溝２６が形成されている。また、図３に示すように、放熱部２１の表面２１ａには、放熱シート２７が嵌め込まれる浅い凹部２８が形成されている。凹部２８は、図１（ｂ）に示すように、放熱シート２７と同形状の正六角形に形成され、放熱部２１の表面２１ａに可能な限り大きく形成されている。

放熱シート２７は、凹部２８に嵌め込まれている。そして、放熱シート２７が放熱部２１の表面２１ａに取り付けられる位置が放熱体１９の放熱面１９ｂとして構成されている。放熱シート２７は、図１（ａ）または図１（ｃ）に示すように、放熱部２１の表面２１ａから若干突出するように、その厚さが設定されている。放熱シート２７は、絶縁性および弾性を有する樹脂例えばシリコーン性樹脂からなっている。

図３において、放熱体４は、その本体部１９が筐体２の突出部９の内側に挿入され、そのキー２５が突出部９の切り欠き部１２に嵌め込まれる。このとき、筐体２のボス１１と放熱体４のボス２４とが正対して接触する。この状態で、ボス１１の取付孔１０からボス２４のねじ孔２３に不図示のねじが完全にねじ込まれている。これにより、放熱体４は、筐体２に固定されている。放熱体４が筐体２に取り付けられた状態において、本実施形態では、放熱体４の発光体接続部２０および筐体２の平板部８の内面８ｂ（図２に示す。）は略同一面状となっている。

放熱体４の発光体接続部２０には、絶縁シート１８を介して発光体３が配置されている。発光体３は、カバー５により、基板１４の他面１４ｂ側が絶縁シート１８を介して発光体接続部２０に密接されている。こうして、放熱体４は、発光体３が筐体２の前側に光を出射するように筐体２の後側に取り付けられている。

そして、放熱体４は、一端側の端面である発光体接続部２０が基板１４の発光素子１５が実装された領域の最大径Ｄよりも大きくなるように形成されている。また、放熱体４は、図１（ａ）に示すように、発光体接続部２０および放熱部２１の表面２１ａ間の厚さをＴ、発光体接続部２０の基板１４における発光素子１５が実装された領域に対応する大きさとしての基板取付面１９ｃの最大径をＡ、放熱面１９ｂの大きさとしての最大径をＢとすると、Ｂ＞Ａ、Ｔ＝（Ｂ−Ａ）／２の関係式を満たす中実の円錐台を有するように形成されている。また、放熱体４は、さらにＴ≧Ａ／４の関係式を満たすように形成されている。

そして、筐体２の突出部９を含む後側および放熱体４の放熱部２１などにより、所定の規格寸法の口金部２９（図１（ｃ）に示す。）が構成されている。発光体３とカバー５との間には、図３に示すように、ガラス板３０、ゴムダンパー３１およびリング体３２が介在している。

カバー５は、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂によって円形の皿状に形成されており、筐体２の開口部７を覆って筐体２に取り付けられている。カバー５の中央部には、円形の照射開口３３が形成されている。そして、カバー５の内面５ｂには、照射開口３３の近傍に一対の円弧状壁部３４，３４およびこの円弧状壁部３４，３４の間に一対の係止壁部３５，３５が後側方向に突出形成されている。また、カバー５の内面５ｂには、外周縁５ｃの近傍に複数個の嵌合壁部３６，３７および爪部３８を有する係止片部３９が後側方向に突出形成されている。係止片部３９は、カバー５の周回方向に１２０°間隔で設けられている。

また、カバー５の外面５ａには、図２に示すように、口金（ソケット）に対して着脱するランプ装置１の回動操作を容易にするための指掛け部４０および口金へのランプ装置1の挿入を容易にするための位置合わせマーク４１がそれぞれ突設されている。

図３において、カバー５の一対の円弧状壁部３４，３４および一対の係止壁部３５，３５の内側にガラス板３０、ゴムダンパー３１およびリング体３２が配置されている。ガラス板３０は、透光性の例えば強化ガラスからなり、円形に形成されてカバー５の内面５ｂに載置されている。ゴムダンパー３１は、例えばシリコーン樹脂からなり、略円筒状に形成され、弾性を有している。また、リング体３２は、例えばポリカーボネート樹脂からなり、略円筒状に形成されている。リング体３２は、発光体３の発光素子１５を包囲する大きさに形成されている。

図２において、カバー５は、筐体２の開口部７に嵌め込まれて、係止片部３９の爪部３８が周面部６の内側において周面部６から内側に突出形成された係止部４２に係止されている。これにより、カバー５は、筐体２に強固に取り付けられている。このとき、ゴムダンパー３１の弾性により、ガラス板３０は、カバー５の内面５ｂに押圧されて照射開口３３を閉塞している。また、ゴムダンパー３１の弾性によって、リング体３２、発光体３の基板１４および絶縁シート１８が押圧されて、絶縁シート１８が放熱体４の発光体接続部２０に密接するとともに、基板１４の他面１４ｂが絶縁シート１８に密接している。

上述のように構成された本実施形態のランプ装置１は、図５に示す照明装置５１に着脱される。照明装置５１は、天井などに埋設されるダウンライトであり、装置本体５２、この装置本体５２の下面に取り付けられたソケット５３、このソケット５３に取り付けられたランプ装置１およびランプ装置１を覆うように装置本体５２の下面側に取り付けられた化粧枠５４を有して形成されている。

装置本体５２は、例えばアルミダイカストによって形成され、比較的肉厚の平板状の取付板５５上に多数個の放熱フィン５６を有している。そして、上面５２ａに天板５７を取り付けており、この天板５７に外部の点灯装置の出力線が接続される端子台５８が設けられている。取付板５５には、環状溝５９が形成されており、この環状溝５９に化粧枠５４を嵌合して固定している。

化粧枠５４は、例えばＡＥＳ樹脂からなり、フランジ部６０を有する略円筒状に形成されている。化粧枠５４の外面５４ａには、周回に亘って補強片６１が設けられているとともに、照明装置５１を天井などに固定する取付ばね６２が複数個、本実施形態では３個設けられている。

ソケット５３は、絶縁性を有する合成樹脂例えばポリカーボネート樹脂で環状に形成されたソケット本体６３およびこのソケット本体６３に配置された不図示の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６３の中央には、ランプ装置１の口金部２９（突出部９）が挿通する円形の挿通孔が形成されている。ソケット本体６３の下面には、ランプ装置１のランプピン１３が挿入される複数個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１のランプピン１３が端子に電気的に接続される。

ソケット本体６３の内周面には、複数個のキーが突出形成されているとともに、複数個の略Ｌ字形のキー溝が形成されている。ソケット５３のキーおよびキー溝とランプ装置１のキー溝２６およびキー２５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１のキー２５およびキー溝２６をソケット５３のキー溝およびキーに合わせてランプ装置１の口金部２９をソケット５３に挿入し、ランプ装置１を回動させることにより、ランプ装置１は、ソケット５３に着脱可能に装着する。

ソケット５３は、支持機構によって装置本体５２の取付板５５に支持されている。この支持機構では、ソケット５３にランプ装置１の口金部２９が装着されることにより、その口金部２９の上面すなわち放熱体４の放熱部２１の表面２１ａ側（放熱シート２７）を装置本体５２の取付板５５に押し付けて熱伝導させるように構成されている。

また、ソケット５３は、電源線６４により端子台５８に接続されており、ソケット５３の端子に点灯装置の出力が供給されるようになっている。

次に、本発明の実施形態の作用について述べる。

図５において、端子台５８に点灯装置から所定の電力が投入されると、ソケット５３を介してランプ装置１の電源用のランプピン１３，１３に電力が供給される。発光体３の発光素子１５は、所定の電流が流れて点灯し、発熱するとともに、白色光を放射する。白色光は、ガラス板３０を透過してカバー５の照射開口３３から出射し、照明装置５１の化粧枠５４の照射開口６５から床面側の外部空間を照明する。

そして、発光体１５に発生した熱は、基板１４から絶縁シート１８を介して放熱体４の発光体接続部２０に熱伝導される。発光体３は、基板１４に密集配置された発光素子１５の内側の領域が熱源となる。そして、図４に示すように、発光体接続部２０において、基板１４における発光素子１５が実装された領域に対応する領域６６から放熱部２１の表面２１ａに向かって角度４５°で広がりながら熱伝導していく。

放熱体４は、発光体接続部２０の基板１４における発光素子１５が実装された領域に対応する領域６６の最大径をＡ、放熱面１９ｂの最大径をＢ、放熱体４の厚さをＴとすると、Ｔ＝（Ｂ−Ａ）／２の関係式を満たす中実の円錐台を含むように構成されている。したがって、発光体３の熱源からの熱は、放熱面１９ｂの全領域に向かって広がる。そして、放熱シート２７（図示しない。）を介して、装置本体５２の取付板５５に熱伝導して、装置本体５２の放熱フィン５６から放熱される。これにより、ランプ装置１における発光体３の熱が効率的に放熱されて、発光体３の温度上昇が抑制される。

また、放熱体４は、さらに厚さＴがＴ≧Ａ／４の関係式を満たすように形成されている。すなわち、発光体接続部２０の基板１４における発光素子１５が実装された領域に対応する領域６６から放熱部２１の表面２１ａ側に向かって角度４５°で広がっていく熱は、放熱体４の厚さＴがＡ／４以上であれば、領域６６の中心から広がる熱と、領域６６の周辺から広がる熱とが重なり合って放熱部２１の表面２１ａに熱伝導する。これにより、放熱面１９ｂが均熱化し、装置本体５２の取付板５５に熱伝導し易くなり、発光体３に発生した熱を効率的に放熱することができる。したがって、発光体３の温度上昇がさらに抑制されて、ＬＥＤ装置１が長寿命化される。

本実施形態のランプ装置１によれば、放熱体４は、厚さをＴ、発光体接続部２０の基板１４における発光素子１５が実装された領域に対応する領域６６の最大径をＡ、放熱面１９ｂの最大径をＢとすると、Ｂ＞Ａ、Ｔ＝（Ｂ−Ａ）／２の関係式を満たす中実の円錐台を有するように構成されているので、発光体３に発生した熱は、放熱体４において発光体接続部２０から放熱部２１の表面２１ａに広がるように熱伝導して表面２１ａの全領域から放出され、これにより、発光体３の放熱性が向上するという効果を有する。

また、放熱体４の厚さＴは、さらにＴ≧Ａ／４の関係式を満足するように形成されているので、発光体３に発生した熱を放熱面１９ｂに略均一に熱伝導して放熱面１９ｂを均熱化して放熱させることができ、これにより、発光体３の放熱性がさらに向上して、発光体３およびランプ装置１をさらに長寿命化することができるという効果を有する。

そして、照明装置５１は、ランプ装置１が長寿命化することにより、ランプ装置１の経年使用ができて、ランニングコストを低減できるという効果を有する。

なお、放熱体４は、発光体３に発生した熱が発光体接続部２０の基板１４における発光素子１５が実装された領域に対応する領域６６から放熱面１９ｂに広がるように熱伝導する構造であれば、本体部１９の外周面１９ａの形状は、特に問わないものである。すなわち、本体部１９の外周面１９ａに突起などの突出部や凹凸部などが形成されていてもよい。

また、上述した実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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ものである。

１…ランプ装置、 ２…筐体、 ３…発光体、 ４…放熱体、 １４…基板、 １５…発光素子、 １９ｂ…放熱面、 ５１…照明装置、 ５２…装置本体、 ５３…ソケット

Claims (2)

1. 中央部が前後方向に開口された円環状の筐体と；
   基板およびこの基板に実装された発光素子を有する発光体と；
   一端側の端面が前記基板の前記発光素子が実装された領域の最大径よりも大きく、他端側の端面に放熱面が形成されるとともに、前記発光体が前記筐体の前側に光を出射するように前記筐体に取り付けられた中実の円錐台の放熱体と；
   を具備し、前記放熱体は、一端側の端面から他端側の端面までの厚さをＴ、一端側の端面の前記基板における前記発光素子が実装された領域に対応する大きさをＡ、他端側の端面に形成された前記放熱面の大きさをＢとすると、Ｂ＞Ａ、Ｔ＝（Ｂ−Ａ）／２およびＴ≧Ａ／４の関係式を満たすように形成されていることを特徴とするランプ装置。
2. 請求項１記載のランプ装置と；
   このランプ装置を取り付けるソケットを有する装置本体と；
   を具備していることを特徴とする照明装置。