JP6440058B2 - 光源ユニット及び照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、固体発光素子を光源とする光源ユニット、及び当該光源ユニットを搭載する照明器具に関する。

従来例として、特許文献１記載の照明器具を例示する。この従来例は、器具本体、光源ブロック（光源ユニット）、点灯装置などを備える。器具本体は、下面が開口した筒状に形成される。光源ブロックは、一面に複数のＬＥＤが実装されるプリント基板と、各ＬＥＤの光を集光するレンズ体と、プリント基板とレンズ体が取り付けられる取付板とを備える。レンズ体は、取付ねじによって取付板に取り付けられる。プリント基板は、レンズ体と取付板との間に配置される。また、プリント基板は、熱伝導シートを介して取付板と接触している。また取付板は、放熱性を有する取付部によって器具本体に取り付けられる。

特許文献１記載の従来例では、放熱性を有する取付部を用いて取付板が器具本体に取り付けられているので、取付部からも放熱でき、且つ取付部を介して取付板から器具本体に光源ブロックの熱を効率良く伝導して、器具本体からも放熱できる。

特開２００６−１７２８９５号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来例では、レンズ体が取付板に直接ねじ止めされるので、締め付けトルクが大きくなると、レンズ体が歪んで光学性能が低下してしまう虞がある。一方、締め付けトルクが小さいと、プリント基板と取付板（熱伝導シートを含む。）との密着度合が低下するため、プリント基板から取付板や取付部などの放熱部材へ熱が伝わり難くなり、放熱性が低下する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為された発明であり、光学性能の低下を抑えつつ放熱性の向上を図ることを目的とする。

本発明の光源ユニットは、１乃至複数個の固体発光素子と、前記固体発光素子が表面に実装される実装基板と、前記固体発光素子から放射される光の配光を制御する配光制御部材と、前記固体発光素子が発する熱を放熱する放熱部材と、前記実装基板を前記放熱部材に取り付ける取付部材とを備え、前記放熱部材は、直接又は他の部材を介して前記実装基板の裏面に接するベース部を有し、前記取付部材は、前記実装基板の表面において、前記固体発光素子が実装されていない部分に押し当てられる押圧部と、前記ベース部に固定される固定部と、前記配光制御部材を支持する支持部と、前記配光制御部材に近付く向きに突出する周壁部と、前記周壁部から突出して前記配光制御部材に当たる複数のリブとを有し、前記固定部は、前記押圧部の周囲を囲むように前記取付部材の外周部分に設けられ、前記支持部は、前記配光制御部材との間に前記複数のリブの高さ分の隙間を空けて前記配光制御部材を支持するように構成されることを特徴とする。

本発明の照明器具は、前記何れかの光源ユニットと、前記光源ユニットを保持する器具本体とを備えることを特徴とする。

本発明の光源ユニット及び照明器具は、光学性能の低下を抑えつつ放熱性の向上を図ることができるという効果がある。

本発明に係る光源ユニットの実施形態を示す分解斜視図である。 同上における放熱部材を示し、図２Ａは正面図、図２Ｂは背面図、図２Ｃは左側面図、図２Ｄは上面図である。 同上におけるレンズブロックの正面図である。 同上におけるレンズブロックの背面図である。 同上におけるレンズブロックの側面図である。 同上における取付部材の正面図である。 同上における取付部材の背面図である。 同上における取付部材の側面図である。 同上のカバーブロックを外した状態の斜視図である。 同上の要部の断面図である。 本発明に係る照明器具の実施形態を示す斜視図である。

以下、本発明に係る光源ユニットの実施形態、並びに本発明に係る照明器具の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本実施形態の光源ユニット１について説明する。なお、以下の説明においては、特に断りの無い限り、図１において上下、左右、前後の各方向を規定する。

光源ユニット１は、図１に示すように、ＬＥＤモジュール２と、放熱部材３と、レンズブロック４と、取付部材５とを備える。さらに、光源ユニット１は、熱伝導シート６と、カバーブロック７とを備えることが好ましい。

ＬＥＤモジュール２は、複数個（図示例では２２個）の発光ダイオード（ＬＥＤ）２０と、実装基板２１とを有する。ＬＥＤ２０は、従来周知であるパッケージ型の白色ＬＥＤである。実装基板２１は、矩形平板状のアルミ基板で構成される。実装基板２１は、中央に円形の孔２１０が設けられている。ＬＥＤ２０は、実装基板２１の上面に、縦横に並べて実装される。また、実装基板２１の上面における前端に、２つのレセプタクルコネクタ２２が左右に並べて実装される。これら２つのレセプタクルコネクタ２２は、実装基板２１の上面に形成される配線用の導体（図示せず）を介して、各ＬＥＤ２０の電極（カソード及びアノード）と接続される。

放熱部材３は、図１及び図２に示すように、ベース部３０、一対の縁部３１、複数の放熱板３２で構成される。なお、ベース部３０、縁部３１並びに放熱板３２は、例えば、アルミニウム合金などの熱伝導性に優れた材料で形成されることが好ましい。

ベース部３０は、矩形平板状に形成される。ベース部３０は、多数のねじ孔（雌ねじ）３００が上面に設けられている。また、ベース部３０の隅には、円形の挿通孔３０１が貫通している。この挿通孔３０１には、ケーブルグランド３３が取り付けられ、ケーブルグランド３３を介して、ＬＥＤモジュール２に給電するための給電線２３が挿通される。

一対の縁部３１は、左右方向を長手方向とする直方体状であって、ベース部３０の前端縁と後端縁においてベース部３０と一体に形成される。なお、縁部３１の厚み（上下方向の幅）は、ベース部３０の厚みよりも十分に大きく形成されている。

縁部３１は、実装基板２１の厚み方向(上下方向)と交差する第１方向（左右方向）から他の部材に結合される第１結合部３１０と、第２方向（前後方向）から他の部材に結合される第２結合部３１１とが設けられる。さらに、縁部３１は、厚み方向（上下方向）から他の部材に結合される第３結合部３１２が設けられることが好ましい。

第１結合部３１０は、ねじ孔（雌ねじ）で構成される。第１結合部３１０は、縁部３１の長手方向（左右方向）の両端面にそれぞれ１つずつ設けられる。第２結合部３１１は、縁部３１を前後方向に貫通するねじ孔（雌ねじ）で構成される。第２結合部３１１は、縁部３１の長手方向（左右方向）に沿って間隔を空けて複数設けられる。第３結合部３１２は、ねじ孔（雌ねじ）で構成される。第３結合部３１２は、図２Ｂに示すように、縁部３１の下面側に、長手方向に並ぶように２つずつ設けられる。

なお、放熱部材３には、縁部３１と放熱板３２（縁部３１と隣り合う放熱板３２）とベース部３０に囲まれた空間からなる溝部３４が設けられる（図２Ｃ参照）。

レンズブロック４は、図３〜図５に示すように、アクリル樹脂などの透光性を有する合成樹脂材料により、本体４０と複数のレンズ４１とが一体に形成される。本体４０は、矩形平板状の底板４００と、底板４００の四周から下方に突出する周壁４０１とを有する。底板４００の下面に、複数のレンズ４１が縦横に並べて一体に形成される。なお、これらのレンズ４１は、ＬＥＤモジュール２の各ＬＥＤ２０と一対一に対応する個数及び位置に設けられる。

周壁４０１の左右両側面には、それぞれ２つの引掛片４０２が両端（前後方向の両端）に設けられている。引掛片４０２は、上下方向から見て凹形状に形成されている。また、周壁４０１には、３つの固定片４０３が一体に形成されている。これらの固定片４０３は、周壁４０１の下端縁から下向きに突出して設けられる。また、固定片４０３は、上下方向から見てＣ字形状に形成される。なお、これら３つの固定片４０３は、周壁４０１の左右両側及び後側における長手方向の中央の位置にそれぞれ設けられる（図３参照）。

取付部材５は、図６〜図８に示すように、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂などの透光性を有しない合成樹脂材料により、ベース５０と周壁部５１とフランジ５２と支持部５３とが一体に形成される。

ベース５０は、矩形の平板状に形成されている。ベース５０の上面には、図６に示すように、複数の凹部５００が縦横に並ぶように形成されている。各凹部５００の底面の中央には、円形の窓孔５０１が開口している。後述するように、これらの窓孔５０１を通してＬＥＤ２０から放射される光がレンズ４１に入射される。ただし、ベース５０の中央に位置する凹部５００には、他の凹部５００の窓孔５０１よりも小径のねじ挿通孔５０２が設けられる。また、ベース５０の前後両端に位置し且つ他の凹部５００よりも小型の凹部５００には、矩形の孔５０００が設けられる。

また、ベース５０の下面には、図７に示すように、複数の押圧部５０３が縦横に並ぶように形成されている。これらの押圧部５０３は、ベース５０の下面から下向きに突出する角錐台形状に形成されている。ただし、凹部５００と押圧部５０３とは、ベース５０の厚み方向（上下方向）から見て重なるように形成されており、押圧部５０３の中央に、凹部５００の窓孔５０１が開口している。

周壁部５１は、上下方向から見て矩形の枠状に形成され、ベース５０の周囲から上向き及び下向きに突出する。ただし、周壁部５１の下向きの突出量は、周壁部５１の上向きの突出量に比べて、極めて小さくなっている。なお、以下の説明では、必要に応じて、ベース５０よりも上に突出する周壁部５１を上周壁部５１Ａと呼び、ベース５０よりも下に突出する周壁部５１を下周壁部５１Ｂと呼んで区別する。

上周壁部５１Ａの平坦な上面には、複数（図示例では８個）の円柱状のリブ５１０が上向きに突設されている。また、上周壁部５１Ａにおいて、ベース５０の孔５０００と前後方向に隣り合う部位に、それぞれ凹所５１１が形成されている。

フランジ５２は、周壁部５１の周面から全周に渡って外向きに突出するように設けられる。フランジ５２は、四隅にそれぞれねじ挿通溝５２０が設けられる。また、フランジ５２は、４つの辺にもそれぞれ２つのねじ挿通溝５２０が設けられる。

支持部５３は、矩形板状であって、先端（上端）に三角柱状の爪５３０が設けられている。支持部５３は、フランジ５２の左右両側における上面から上向きに突出するように、それぞれ２つずつ設けられている。ただし、これら４つの支持部５３の爪５３０は、何れも周壁部５１に近付く向きに突出している。

熱伝導シート６は、電気絶縁性と熱伝導性に優れた材料（例えば、シリコーン樹脂）により、矩形のシート状に形成される。熱伝導シート６の中央には、実装基板２１の孔２１０と対向する円形の孔６０が設けられる（図１参照）。

カバーブロック７は、図１に示すように、カバー７０と、４つの押さえ板７１と、シール部材７２とで構成される。カバー７０は、カバー本体７００と、外鍔７０１とを有する。カバー本体７００と外鍔７０１は、ポリカーボネート樹脂などの透光性を有する合成樹脂材料によって一体に形成される。カバー本体７００は、扁平な矩形の箱状に形成される。また、カバー本体７００の下面は開放（開口）されている。

外鍔７０１は、上下方向から見て矩形の枠状に形成され、カバー本体７００の開口端縁から外向きに突出する。また、外鍔７０１の四隅に、それぞれ円形の嵌合孔７０２が設けられる。さらに、外鍔７０１の四つの辺には、それぞれ円形のねじ挿通孔７０３が３つずつ間隔を空けて設けられる。

押さえ板７１は、帯状の主片７１０と、側片７１１とを有する。側片７１１は、主片７１０との長手方向に沿った一端縁から下向きに垂下される。なお、主片７１０と側片７１１とは、金属板で一体に形成される。主片７１０には、長手方向の両端と中央にそれぞれ円形のねじ挿通孔７１２が設けられる。

シール部材７２は、例えば、シリコーンゴムにより、矩形の枠状に形成される。また、シール部材７２の四隅には、ボルトの外形と類似した形状の突起７２０がそれぞれ上向きに突出している。また、シール部材７２の四つの辺には、それぞれ円形のねじ挿通孔７２１が３つずつ間隔を空けて設けられる。

次に、光源ユニット１を組み立てる手順について、説明する。

まず、作業者は、放熱部材３のベース部３０の上面に熱伝導シート６を敷き、熱伝導シート６の上に、ＬＥＤモジュール２と取付部材５を載せる。ただし、作業者は、予め、取付部材５の下周壁部５１Ｂの内側にＬＥＤモジュール２を嵌め込んでおくことが好ましい。

そして、作業者は、フランジ５２の各ねじ挿通溝５２０に挿通したねじ５４と、ベース５０の中央のねじ挿通孔５０２に挿通したねじ５４を、ベース部３０のねじ孔３００にねじ込むことで取付部材５をベース部３０に固定する。つまり、ＬＥＤモジュール２は、ベース部３０に固定される取付部材５によって、放熱部材３に取り付けられる。なお、ＬＥＤモジュール２の各ＬＥＤ２０は、取付部材５の各窓孔５０１の中心に位置する。

続いて、作業者は、凹部５００の孔５０００を介して、ＬＥＤモジュール２のレセプタクルコネクタ２２にプラグコネクタ（図示せず）を接続した後、当該プラグコネクタが接続されている給電線２３を、ケーブルグランド３３を介してベース部３０の挿通孔３０１に挿通する。

次に、作業者は、レンズブロック４を取付部材５の上に被せる。このとき、作業者は、取付部材５の４つの支持部５３の各爪５３０を、レンズブロック４の各引掛片４０２の中央に引っ掛ける。このとき、レンズブロック４の本体４０の周壁４０１は、取付部材５の周壁部５１の複数のリブ５１０の上に載せられており、レンズブロック４と取付部材５との間に、リブ５１０の高さ分の隙間が形成される。そして、作業者は、前記隙間と、取付部材５の上周壁部５１Ａの凹所５１１とで形成される空間を通して、給電線２３をレンズブロック４の外に引き出す（図９参照）。

さらに、作業者は、レンズブロック４の固定片４０３をベース部３０にねじ止めする。ただし、レンズブロック４は、４つの支持部５３によって取付部材５に支持されているので、ねじ締めのトルクを強くする必要は無い。したがって、固定片４０３のねじ止めに伴ってレンズブロック４が歪む虞は無い。

最後に、作業者は、カバーブロック７をベース部３０に取り付ける。まず、作業者は、４つの突起７２０を嵌合孔７０２に嵌合することにより、カバー７０の外鍔７０１の下面にシール部材７２を取り付ける。そして、作業者は、シール部材７２を取り付けたカバー７０をレンズブロック４の上に被せる。それから、作業者は、４つの押さえ板７１をカバー７０の外鍔７０１の上に載せ、主片７１０のねじ挿通孔７１２とシール部材７２のねじ挿通孔７２１に挿通したねじ７３を、ベース部３０のねじ孔３００にねじ込み、カバーブロック７をベース部３０に取り付ける。以上のような手順で、本実施形態の光源ユニット１が組み立てられる。

ここで、ＬＥＤモジュール２の実装基板２１は、図１０に示すように、取付部材５の押圧部５０３によって下向き（熱伝導シート６及びベース部３０に近付く向き）に押圧される。したがって、押圧部５０３に押圧されることにより、実装基板２１と熱伝導シート６、並びに熱伝導シート６とベース部３０の密着度合が高められる。その結果、ＬＥＤモジュール２で発生する熱を放熱部材３に効率的に伝導して放熱性の向上を図ることかできる。特に、本実施形態の光源ユニット１では、複数の押圧部５０３がそれぞれ実装基板２１の上面におけるＬＥＤ２０の周囲を各別に押圧するので（図１０参照）、実装基板２１と熱伝導シート６（放熱部材３）との密着度合をより一層高めることができる。

本実施形態の光源ユニット１は、１乃至複数個の固体発光素子（ＬＥＤ２０）と、固体発光素子が表面に実装される実装基板２１と、固体発光素子から放射される光の配光を制御する配光制御部材（レンズブロック４）とを備える。また、本実施形態の光源ユニット１は、固体発光素子が発する熱を放熱する放熱部材３と、実装基板２１を放熱部材３に取り付ける取付部材５とを備える。放熱部材３は、直接又は他の部材（熱伝導シート６）を介して実装基板２１の裏面（下面）に接するベース部３０を有する。取付部材５は、実装基板２１の表面（下面）において、固体発光素子が実装されていない部分に押し当てられる押圧部５０３と、ベース部３０に固定される固定部（フランジ５２）と、配光制御部材（レンズブロック４）を支持する支持部５３とを有する。

本実施形態の光源ユニット１では、上述のように、配光制御部材（レンズブロック４）が取付部材５を介して放熱部材３に取り付けられる。そのため、配光制御部材（レンズブロック４）がねじ止めのみで放熱部材３に直接取り付けられる場合と比較して、ねじ締めトルクによって配光制御部材（レンズブロック４）に歪みが生じる虞が少ない。しかも、取付部材５の押圧部５０３で実装基板２１を放熱部材３のベース部３０に押し当てているので、固体発光素子（ＬＥＤ２０）の発する熱が、実装基板２１から放熱部材３に効率的に伝導される。その結果、本実施形態の光源ユニット１は、光学性能の低下を抑えつつ放熱性の向上を図ることができる。

また、本実施形態の光源ユニット１において、取付部材５は、複数の押圧部５０３を有することが好ましい。また、複数の押圧部５０３は、それぞれ１個の固体発光素子（ＬＥＤ２０）の周囲を囲むように構成されることが好ましい。このように取付部材５が複数の押圧部５０３を有すれば、放熱部材３による放熱性をさらに高めることができる。

さらに、本実施形態の光源ユニット１において、支持部５３は、取付部材５の外周部分（フランジ５２）に設けられることが好ましい。

また、本実施形態の光源ユニット１において、取付部材５は、電気絶縁性を有する材料（合成樹脂）で形成され、且つ実装基板２１の厚み方向と交差する方向（前後方向及び左右方向）に沿った移動を規制する規制部（下周壁部５１Ｂ）を有することが好ましい。規制部（下周壁部５１Ｂ）が実装基板２１の移動を規制すれば、取付部材５と実装基板２１との位置ずれを抑制することができる。

さらに、本実施形態の光源ユニット１において、取付部材５は、ベース部３０にねじ止めされる固定部（フランジ５２）と、固定部の周囲に設けられる応力緩和部（上周壁部５１Ａ）とを有することが好ましい。応力緩和部（上周壁部５１Ａ）は、ねじ止めによって固定部（フランジ５２）の周囲に生じる応力を緩和するように構成されることが好ましい。例えば、本実施形態のように、応力緩和部（上周壁部５１Ａ）が固定部（フランジ５２）よりも十分に厚みが大きく形成されれば、ねじ止めによって固定部（フランジ５２）の周囲に生じる応力を緩和することができる。

また、本実施形態の光源ユニット１において、支持部５３は、配光制御部材（レンズブロック４）との間に隙間を空けて配光制御部材を支持するように構成されることが好ましい。例えば、本実施形態のように、取付部材５の周壁部５１の上面に複数のリブ５１０が設けられ、レンズブロック４がリブ５１０の上に載せられることで、レンズブロック４と取付部材５との間に、リブ５１０の高さ分の隙間が形成されればよい。光源ユニット１がこのように構成されれば、ＬＥＤモジュール２への給電線２３を、前記隙間を通して配線することができる。

次に、本発明に係る照明器具の実施形態について、図１１を参照して説明する。なお、本実施形態の照明器具は投光器を例示しているが、投光器以外の照明器具、例えば、体育館やホールなどの高天井に設置される高天井用の照明器具などであっても構わない。

本実施形態の照明器具は、光源ユニット１と、光源ユニット１を保持する器具本体１０とを備える。なお、本実施形態の照明器具では、４つの光源ユニット１を備えているが、３つ以下の光源ユニット１又は５つ以上の光源ユニット１を備えても構わない。

器具本体１０は、複数枚の金属板で構成される。４つの光源ユニット１は、縦２列及び横２列に並べられ、放熱部材３の縁部３１に設けられている結合部３１０〜３１２と、器具本体１０とがねじ（あるいはボルトとナット）で結合されることによって、器具本体１０に保持される。

また、器具本体１０には配線ボックス１１が取り付けられる。配線ボックス１１は、金属材料によって矩形箱状に形成され、光源ユニット１の放熱部材３と対向する位置に配置される。配線ボックス１１内には、中継用の端子台（図示せず）が収納され、外から引き込まれる電源ケーブルと、各光源ユニット１の給電線２３とが端子台を介して結線される。前記電源ケーブルは、配線ボックス１１の外に設置された電源装置（図示せず）に接続されている。つまり、電源装置から配線ボックス１１内の端子台を介して各光源ユニット１に電力が供給される。ただし、配線ボックス１１内に電源装置が収納されても構わない。

器具本体１０は、アーム１２によって回転可能に支持される。アーム１２は、金属板によってＵ字状に形成され、両端部分で器具本体１０と回転可能に連結される。アーム１２の中央部分がコンクリート製の土台などに固定される。なお、器具本体１０には、金属製のワイヤ１３の一端が固定される。このワイヤ１３の他端は、アーム１２が固定される土台に固定される。つまり、アーム１２が土台から外れた場合、ワイヤ１３が器具本体１０を支持することによって、器具本体１０の落下が防止される。

１ 光源ユニット
３ 放熱部材
４ レンズブロック（配光制御部材）
５ 取付部材
２０ 発光ダイオード（固体発光素子）
２１ 実装基板
３０ ベース部
５２ フランジ（固定部）
５３ 支持部
５０３ 押圧部

Claims (6)

1. １乃至複数個の固体発光素子と、前記固体発光素子が表面に実装される実装基板と、前記固体発光素子から放射される光の配光を制御する配光制御部材と、前記固体発光素子が発する熱を放熱する放熱部材と、前記実装基板を前記放熱部材に取り付ける取付部材とを備え、
   前記放熱部材は、直接又は他の部材を介して前記実装基板の裏面に接するベース部を有し、
   前記取付部材は、前記実装基板の表面において、前記固体発光素子が実装されていない部分に押し当てられる押圧部と、前記ベース部に固定される固定部と、前記配光制御部材を支持する支持部と、前記配光制御部材に近付く向きに突出する周壁部と、前記周壁部から突出して前記配光制御部材に当たる複数のリブとを有し、
   前記固定部は、前記押圧部の周囲を囲むように前記取付部材の外周部分に設けられ、
   前記支持部は、前記配光制御部材との間に前記複数のリブの高さ分の隙間を空けて前記配光制御部材を支持するように構成されることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記取付部材は、複数の前記押圧部を有し、複数の前記押圧部は、それぞれ１個の前記固体発光素子の周囲を囲むように構成されることを特徴とする請求項１記載の光源ユニット。
3. 前記支持部は、前記取付部材の外周部分に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の光源ユニット。
4. 前記取付部材は、電気絶縁性を有する材料で形成され、且つ前記実装基板の厚み方向と交差する方向に沿った移動を規制する規制部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光源ユニット。
5. 前記取付部材は、前記ベース部にねじ止めされる前記固定部と、前記固定部の周囲に設けられる応力緩和部とを有し、前記応力緩和部は、前記ねじ止めによって前記固定部の周囲に生じる応力を緩和するように構成されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光源ユニット。
6. 請求項１〜５の何れかの光源ユニットと、前記光源ユニットを保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。

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