JP7199640B2 - 照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤの光源ユニットを有する照明器具について、従来より大きな放熱効果を得ることができる照明器具に関するものである。

照明分野において、例えばトンネル照明においては、高効率・長寿命という特長からＨＩＤランプや低圧ナトリウムランプを使用した照明が多く使用されていた。最近ではさらに高効率・長寿命のＬＥＤを利用した照明器具が普及している。

トンネル照明では、他の照明分野と同様、多数種の光量、光色、配光などさまざまな仕様の照明器具を揃えておく必要がある。一方、照明器具の製造コストを下げるためには、できるだけ使用部材を共通化できるような設計とすることが要求されている。

トンネル用照明器具（以下トンネル灯と略称する）は、一般的に略直方体の金属製筐体を有する。照明器具の前面にはガラス板の前面蓋を有し、この前面蓋を開けて設置時の結線やメンテナンスを行い、トンネル灯として使用する際は前面蓋を閉めて水密構造としている。ＬＥＤトンネル灯においても、このような従来の筐体形状を踏襲した照明器具が多く使用されている。一般的なトンネル用照明器具では、前面蓋を開けた状態で光源ユニット、点灯装置、端子台などの主要な部材が前面から見て重ならないように、これらの部材が筐体内に平面配置されている。

ＬＥＤトンネル灯では元々多数の発光素子を小さな領域に集積させた、いわゆるＣＯＢタイプの光源ユニットが多く使用されている。さらに大光量の仕様に対応するためには必然的に光源ユニットの面積を大きくする必要がある。そのため光源ユニットからの放熱量も大きくなり、光源ユニットを収める筐体も大きくする必要がある。しかしながら、上述のように照明器具の製造コストを下げるためには、既存の小光量の照明器具と同じ大きさの筐体に大光量の光源ユニットを収めることができれば好ましい。

また第２の問題として、給電線から種々のノイズ成分が照明器具内に入り込み、発光素子間で放電を生じて発光素子あるいは配線部分を破壊するなど、光源ユニットの寿命を縮めることがある。ＬＥＤトンネル灯では発光素子の集積度が高いＣＯＢを使用することが多いため、特に影響が大きい。

放熱問題に係る公知の技術として、特許文献１の図２Ａには、光源ユニットの基板を筐体内側の底面（仕切り板）に取り付けている例がある。基板と筐体内側面とが接触しているかどうかは記載が無い。しかし引用文献１の図２Ａに開示されている基板および筐体内部形状は円形なので、基板側面の全周が筐体内側面に接触していることはあり得ない。接触しているとしても１点のみとなる。また筐体底面の反対側には点灯装置が設けられている。この点灯装置も発熱するので筐体底面を加熱し、光源ユニットからの放熱効率は大きくならない。

特許文献２の図５には、複数の発光素子が載置された基板が筐体内部の取付面部に設置されている例が開示されている。

ノイズ成分の低減に関して、特許文献２の図１には、正面から見て点灯装置の左下に給電部を設け、右上に光源ユニットへの出力部を設けている。このような構成により、特許文献２の照明器具は、器具本体内での配線構造を簡素化できると共に配線へのノイズの影響を低減できるとしている。

特開２０１２－０８４７３３号公報 特開２０１８－１３３２３４号公報

特許文献１などに開示されているように、光源ユニットを直接筐体内側の底面に接触させることができれば、光源ユニットからの放熱を比較的多く逃がすことができる。しかしながらトンネル灯のように、光源ユニット、点灯装置、端子板などの部材が照明器具の正面から見て重ならないように、平面配置されている照明器具では条件が異なる。一般的にＬＥＤを使用した光源ユニット自体の厚さよりも点灯装置などの部材のほうが厚さ方向の寸法が大きい。そのため、光源ユニットを直接筐体底面に接触させるように配置すると筐体前面の照射窓から光源ユニットの照射面までの距離が大きくなり、照射窓から射出されるはずの光が光源ユニット付近に配置される点灯装置など、他の部材に当たって光照射効率が低下してしまう。

またノイズに関しては、特許文献２に開示されている照明器具では、点灯装置の入力部と出力部とが離れて配置されているので、給電線から種々のノイズ成分が照明器具内に入り込むことは無い。しかし入出力端子が一方のみに集中配置されている点灯装置も多い。図２に示す照明器具に採用されている点灯装置も、入出力端子が一方のみに集中配置されている。この種の点灯装置は、筐体の端に寄せて配置することができるという利点を有している。図２に示す実施例においては筐体の左側に寄せて点灯装置が配置されている。ただし、このような点灯装置を採用することにより、入力側電線と出力側電線とが接近し、給電線からのノイズが光源ユニットに影響を与える危険がある。

上記課題を解決するため、本発明の照明器具は、半導体発光素子が載置された光源ユニットと、この光源ユニットが固定された取付部材とを収納する筐体を有する照明器具において、前記取付部材は支持部材を介して前記筐体の後部内面と熱的に接続され、さらに前記取付部材は側部内面と熱的に接続されていることを特徴とする照明器具としている。ここで「光源ユニット」とは、ＬＥＤを直接プリント基板にマウントしたＳＭＤや、ＣＯＢを保持部材と共に基板上に組み立てたＣＯＢユニットなども含む。

また本発明の照明器具の前記取付部材は、前記光源ユニットが固定される取付面に対して直角に折り曲げられた側板部を有し、この側板部が前記筐体の側部内面に押し付けられることにより側部内面と熱的に接続されていてもよい。

また本発明の別の形態に係る照明器具は、前記光源ユニットに加えてさらに、給電端子および点灯装置が前記筐体内に平面配置され、前記光源ユニットは光放出面と反対の面を支持部材に固定され、前記点灯装置から前記光源ユニットに電力を供給する配線が前記支持部材と前記筐体後部内面との間を通過していることを特徴とする照明器具である。ここで「平面配置」とは、筐体前面から見てそれぞれの部材が重なっていないことをいう。

さらに前記給電端子から前記非常用点灯装置に電力を供給する配線と前記非常用点灯装置から前記光源ユニットに電力を供給する配線との間に金属部材が介在していてもよい。

本発明によれば、比較的小形の筐体に比較的大光量の光源ユニットを収めた場合でも、光源ユニットからの発熱を十分に放熱することができ、光源ユニットの寿命を延ばすことができる照明器具を実現することが可能である。また、電源線から混入するノイズ成分の影響を低減できるため、光源ユニットの早期劣化を抑制することができる。

本発明の照明器具の使用例を使用する示す図。 本発明の照明器具の一例を示す正面図。 図２の照明器具における取付部材と筐体の接触部を示す断面図。 図２の照明器具における給電線の配線経路を示す図。

以下、本発明に係る実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお図中の同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

図１は、照明器具１の設置状態を示す図である。図１に示すように、照明器具１は、道路１１が延びるトンネル１０の壁面又は天井面（本実施形態では天井面）に、道路１１に沿って所定間隔で設置される。道路１１は、平行に延びる２本の車道外側線１２Ａ、１２Ｂで路面１２が区画されている。本実施形態では、照明器具１は、直近側（手前側）の車道外側線１２Ａから幅Ｌ１だけ路面１２に進入した位置に、灯具直下軸Ｋが遠方側（手前側と反対側）の車道外側線１２Ｂから幅Ｌ２だけ手前側に位置する姿勢でトンネル１０の天井面に設置されている。なお、本明細書では、道路１１が延びる方向（車両が走行する方向）を縦断方向Ｊと定義し、この縦断方向Ｊに直交する方向を横断方向Ｍと定義する。なお、本例のように、照明器具１がトンネル１０の片側だけに配置される場合、この照明器具１は道路１１の横断方向全体にわたって照明できるような配光を有している。

本実施例は、筐体の大きさを変えずに従来より大出力の光源ユニットを収納できるトンネル灯を実現したものである。図２から図４に、本発明の照明器具１の一例を示す。図２は正面図であり、図３は図２に示すＡ－Ａ切断線の断面図であり、図４は図２と同じ照明器具１を正面から見た時の１次側および２次側給電線の配線経路を示す図である。本明細書においては、図２に記載された「上下左右」の方向を照明器具１の上下左右とする。また光照射口４０または光照射窓４１が見える側を前面とし、裏側を後面とする。本実施例の照明器具２は防水形照明器具である。

図２において、２０はアルミニウム合金製の筐体であり、ＬＥＤ２２Ｌを搭載したＬＥＤ基板２２（光源ユニット２１）および点灯装置２６を含む部材が収納されている。筐体２０にはさらに給電端子を備えた端子台３２も収納されている。図４に示すとおり、１次側給電線３３が端子台３２から筐体２０の下側内壁付近を通って点灯装置２６の入力端子に接続されている。また２次側給電線３４が点灯装置２６の出力端子から光源ユニット２１のコネクタまで配線されＬＥＤ２２Ｌに点灯電力を供給することができる。これらの結線は照明器具組立時に工場内で実施される。照明器具の設置現場において、筐体２０の一方の端面から防水ブッシング４５を介して図示しない給電ケーブルが筐体２０の内部に引き込まれ、端子台３２に接続される。

筐体２０は略直方体の箱形となっている。筐体２０の前面は、ほぼ全面が開口部４０となっており、図３に示すとおり、光照射窓４１が窓パッキン４２を介して筐体２に取り付けられている。光照射窓４１の一方の長辺端部にはヒンジ４３が固定され、他方の長辺端部にはラッチ４４が固定されている。この構成により、光照射窓４１は筐体２０の前面蓋として作用する。前面蓋を閉じた状態でラッチ４４をかけることにより、照明器具２は防水構造として機能する。照明器具２の両端部にはそれぞれ取付部材４７が設けられている。それぞれの取付部材４７は、それぞれ取付パッキンを介して筐体２０の後面にボルトで固定されている。

筐体２０の内部には、前述の通り、ＬＥＤ２２Ｌを搭載したＬＥＤ基板２２（光源ユニット２１）、点灯装置２６、さらに端子台３２などの部材が内蔵されている。これらの部材は図２に示すように、照明器具２の前面側から見た時に重ならないように平面配置されている。筐体２０のほぼ全面が開口部４０となっているため、設置現場での配線作業を容易に行うことができる。またＬＥＤなどを使用した光源ユニットであれば、定期交換の必要性はほとんど無いが、予期せぬ故障や保守作業の際には大きな前面蓋を有する照明器具のほうが作業性に優れるため、現在も図２に示すような構造の照明器具がトンネル内では多く使用されている。

図３を参照して光源ユニット２１の構造について説明する。本実施例の照明器具２では半導体発光素子を長方形に集積したＣＯＢ型のＬＥＤ２２Ｌ裏面をセラミック製のＬＥＤ基板２２に載置し、伝熱性接着剤によって接着している。光照射側であるＬＥＤ２２Ｌの表面には弾性体（例えばシリコンラバー）の保護カバー２２Ｃと反射板２２Ｒが設けられている。反射板２２Ｒにより光源ユニット２１からの光取り出し効率がアップする。上記のＬＥＤ基板２２から最前面の反射板２２Ｒまでをまとめて、本明細書では「光源ユニット２１」と称する。複数のＬＥＤ２２Ｌをまとめて１つの反射板２２Ｒで囲ってもよい。照明器具によっては反射板や保護カバーを設けていない光源ユニットもある。

光源ユニット２１の発熱源はＬＥＤ２２Ｌである。本実施例においては３個のＬＥＤ２２ＬをＬＥＤ基板２２に載せたものを１枚の取付部材２３の前面側取付面に高熱伝導性の接着剤で固定している。取付部材２３の裏面側は支持部材２５と接触している。本実施例ではネジ止めにより固定されているが、高熱伝導性の接着剤またはグリースを介してもよい。支持部材２５は高熱伝導性の材質であることが好ましい。本実施例ではアルミニウム合金製の板を採用している。

支持部材２５は筐体２０の後部内面にネジ止めされている。本実施例では支持部材２５には段差が設けられており、筐体２０に固定されている支持部材固定部２５Ａ、２５Ｃに対して支持部材伝熱部２５Ｂは筐体２０の前面側に膨出している。これは光取り出し効率を最適化するために筐体２０の前面と後面のほぼ中間に配置された光源ユニット２１の取付部材２３に支持部材２５を接触させる必要があるためで、それにより支持部材伝熱部２５Ｂと筐体２０の後面（後部内面）との間には空隙が生じている。以上のように構成することにより、取付部材２３は支持部材２５を介して筐体２０の後部内面と熱的に接続されている。

本実施例の照明器具２は筐体２０の大きさに対して大出力の光源ユニット２１を内蔵しているので、光源ユニット２１から発生する熱を取付部材２３の裏面から支持部材伝熱部２５Ｂを介して筐体２０の後面に伝達させるだけでは放熱能力が十分ではない。そのため取付部材２３の一部に、光源ユニット２１が固定された平板部に対して直角に折り曲げた取付部材側板部２３Ｓを設け、この取付部材側板部２３Ｓを筐体上側の側面（側部内面）に押し付けた状態で固定することによって、光源ユニット２１からの発熱を筐体２０の側面からも放熱している。図３に示す断面図では、取付部材２３の断面が逆Ｌ字形に見えている。本実施例では取付部材側板部２３Ｓと筐体側面との間に放熱シート２４を挟んでいるが、十分な放熱量が得られる条件であれば、放熱シート２４を省略してもよい。以上のように構成することにより、取付部材２３の側板部２３Ｓは直接または放熱シート２４を介して筐体２０の側部内面と熱的に接続されている。

なお、大出力化に伴い、大形の点灯装置２６を筐体２０に入れることになったので、本実施例の照明器具２では、支持部材２５のうち点灯装置２６の本体が収まる部分を切り欠いて、支持部材２５の裏面に点灯装置２６の固定フランジをネジ止めしている。そのため図２のように前面側から見ると、固定フランジはほとんど見えず、点灯装置２６の本体と固定ネジのネジ穴２７のみが見えている。

図４および図３に基づいて給電線の配線経路について説明する。図４において、３３は１次側給電線であり、３４は２次側給電線である。上述の通り、１次側給電線３３は端子台３２から筐体２０の下側内壁付近を通って点灯装置２６の入力端子に接続されている。一方２次側給電線３４は点灯装置２６の出力端子から光源ユニット２１のコネクタまで配線されている。照明器具２の設置現場において、筐体２０の一方の端面から防水ブッシング４５を介して図示しない給電ケーブルが筐体２０の内部に引き込まれ、端子台３２に接続される。これらの配線により外部電源からＬＥＤ２２Ｌに点灯電力を供給することができる。

外部からの供給電力にはノイズ成分が含まれていることはよく知られている。ＬＥＤ２２Ｌは半導体素子であり、ノイズによる影響を受けやすいため、点灯装置２６から光源ユニット２１に供給される電力はノイズ成分の少ない安定化された電力となっている。しかし、１次側給電線３３と２次側給電線３４が接触または接近して配置されている場合、落雷など特に大きなノイズ成分が外部から入った時に、電磁誘導によって２次側給電線３４にもノイズ成分が入り込み、光源ユニット２１のＬＥＤ２２Ｌに悪影響を及ぼす恐れがある。

本実施例においては、２次側給電線３４は点灯装置２６の出力端子付近で支持部材２５の下にある支持部材伝熱部２５Ｂと筐体２０の後面（後部内面）との間の空隙に入りこんでいる。その後、この空隙を通って支持部材２５の右端から前面側にまわり、光源ユニット２１の配線につながるコネクターと接続されている。すなわち２次側給電線３４は支持部材２５と筐体２０の後部内面との間を通過している。本実施例では支持部材２５はアルミニウム合金製であり、絶縁塗装は無く、筐体２０の後面にネジ止めされているので支持部材２５は筐体２０にアースされていることになる。また給電線が金属板の端に接触する箇所では、給電線にガラス繊維のチューブなどを被せて給電線の傷つきを防ぐことが好ましい。本実施例においては光源ユニット２１の配線につながるコネクターは特に固定していない。そのため筐体２０の右上隅を通る２次側給電線３４が端子台３２の方へ近づくことも考えられる。そのため２次側給電線３４が筐体２０の内側に突出している突出部の上側を通るように配線することで、１次側給電線３３と２次側給電線３４とが接近することを防いでいる。

本実施例の照明器具２は、このような配線経路を採用しているため、照明器具２が実際に使用される状態でも、２次側給電線３４は外部給電線を含めた１次側給電線３３との間にアースされた金属部材が介在していることになり、１次側からノイズが入り込んでもＬＥＤ２２Ｌへの影響を最小限にすることができる。

本明細書では、本発明をトンネル灯に適用した実施例について説明したが、同様の構成はトンネル灯以外にも、道路灯、街路灯、誘導灯など、他の用途の照明器具にも適用可能である。

また、筐体はアルミニウム合金製に限らず、ステンレス鋼や高伝熱性の樹脂で形成されていてもよい。

本明細書では、発光素子としてＬＥＤを採用した照明器具について説明したが、本発明はＬＥＤの代わりに有機ＥＬや量子ドットによる発光素子を採用した照明器具についても同様の効果を発揮できる。

１、２ 照明器具
１０ トンネル
１１ 道路
１２ 路面
２０ 筐体
２０Ａ 突出部
２１ 光源ユニット
２２ ＬＥＤ基板
２２Ｌ ＬＥＤ
２２Ｃ 保護カバー
２２Ｒ 反射板
２３ 取付部材
２３Ｓ 取付部材側板部
２４ 放熱シート
２５ 支持部材
２５Ａ 支持部材固定部
２５Ｂ 支持部材伝熱部
２５Ｃ 支持部材固定部
２６ 点灯装置
２７ ネジ穴
３２ 端子台
３３ １次側給電線
３４ ２次側給電線
４０ 光照射口（開口部）
４１ 光照射窓（前面蓋）
４２ 窓パッキン
４３ ヒンジ
４４ ラッチ
４５ 防水ブッシング
４７ 取付部材

Claims (4)

1. 半導体発光素子が載置された光源ユニットと、この光源ユニットが固定された取付部材とを収納する筐体を有する照明器具において、前記取付部材は支持部材を介して前記筐体の後部内面と熱的に接続され、さらに前記取付部材は側部内面と熱的に接続され、
   前記取付部材は放熱シートを介して前記筐体の側部内面と熱的に接続されていることを特徴とする照明器具。
2. 前記取付部材は前記光源ユニットが固定される取付面に対して直角に折り曲げられた側板部を有し、この側板部が前記筐体の側部内面に押し付けられていることにより側部内面と熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載された照明器具。
3. 半導体発光素子が載置された光源ユニットと、この光源ユニットが固定された取付部材とを収納する筐体を有する照明器具において、前記取付部材は支持部材を介して前記筐体の後部内面と熱的に接続され、さらに前記取付部材は側部内面と熱的に接続され、
   前記光源ユニットに加えて、給電端子および点灯装置が前記筐体の内部に平面配置され、前記点灯装置から前記光源ユニットに電力を供給する配線が前記支持部材と前記筐体の後部内面との間を通過していることを特徴とする照明器具。
4. 前記給電端子から前記点灯装置に電力を供給する配線と前記点灯装置から前記光源ユニットに電力を供給する配線との間に金属部材が介在していることを特徴とする請求項３に記載された照明器具。

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