JP2011175868A

JP2011175868A - 照明装置

Info

Publication number: JP2011175868A
Application number: JP2010039213A
Authority: JP
Inventors: Norimasa Suzuki; 則雅鈴木
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-09-08
Also published as: US20110205741A1; EP2360430A1; CN102162590A

Abstract

【課題】発光素子から発生する熱を効果的に放熱して発光素子の温度上昇を抑制するとともに、部材収納スペースを有効に確保し得る照明装置を提供すること目的とする。
【解決手段】本発明は、熱伝導性を有する本体１１と、この本体１１内に収容され、発光素子５を光源とする光源部１２と、前記本体１１の内周壁と光源部１２との間に介在され、本体１１の内周壁との間に部材収容スペース１８を形成するスペーサ部材１３と、前記光源部１２と本体１１の内周壁とを、前記部材収容スペース１８を通過して熱的に結合する熱伝導手段７とを備える照明装置１である。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を光源として用いる照明装置に関する。

近時、屋内又は屋外用の照明装置の光源としてＬＥＤが用いられるようになってきている。ＬＥＤ等の発光素子は、その発光中に熱を発生し、温度が上昇するに従い、光の出力が低下し、耐用年数も短くなる。このため、ＬＥＤやＥＬ素子等の固体発光素子を光源とする照明装置にとって、発光効率の特性を改善したり耐用年数を延したりするために、発光素子の温度が上昇するのを抑制することが重要である。

また、照明装置の筐体内には、発光素子に電力を供給して点灯制御するための電源装置や配線関係の部材を収容するスペースを確保する必要がある。しかしながら、発光素子から発生する熱の影響もあり、熱の影響を受けることが少なく、有効にスペースを確保するのが困難な状況にある。
従来、ＬＥＤ光源体の熱をこれと接触する光源体取付具に伝導し、さらに器具本体に伝導して放熱する照明器具が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２７３２０９号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものは、ＬＥＤ光源体の熱を光源体取付具を介して間接的に器具本体に伝導するものであり、また、ＬＥＤ光源体は、器具本体内に収容されているものではなく、電源装置や配線関係の部材を収容するスペースを有効に確保する点について何ら開示されていない。

本発明は、上記のような状況に基づきなされたもので、発光素子から発生する熱を効果的に放熱して発光素子の温度上昇を抑制するとともに、部材収納スペースを有効に確保し得る照明装置を提供すること目的とする。

請求項１に記載の照明装置は、熱伝導性を有する本体と；この本体内に収容され、発光素子を光源とする光源部と；前記本体の内周壁と光源部との間に介在され、本体の内周壁との間に部材収容スペースを形成するスペーサ部材と；前記光源部と本体の内周壁とを、前記部材収容スペースを通過して熱的に結合する熱伝導手段と；を具備することを特徴とする。

熱伝導性を有する本体は、例えば、アルミニウム材料等の熱伝導が良好な材料で形成され、放熱フィン等が設けられて放熱面積が大きく、放熱効果が高くなるように構成されているものが好ましい。
発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等の固体発光素子である。光源部は、発光素子を光源として用いるものであれば、その形態は、特段限定されるものではない。

スペーサ部材は、本体の内周壁を区画するものであり、その一面側には、例えば、光源部が取付けられる。部材収納スペースには、電源装置、電気部品やリード線等の配線関係の部材が配設される場合があるが、その配設される部材の種類等は、格別限定されるものではない。例えば、電源装置は、必ずしも部材収容スペースに配設する必要はない。電源装置を別置タイプとして構成することもできる。この場合、部材収容スペースは、主として配線関係の部材の配設に利用することができる。

熱伝導手段は、ヒートパイプを用いることが好適であるが、ヒートパイプに限定されるものではない。例えば、熱伝導性の高いアルミニウム合金材料等を用いてもよい。この熱伝導手段が、部材収容スペースを通過することにより、直接的に光源部の熱を筐体に伝導させることができる。
また、照明装置としては、屋内又は屋外で使用される各種照明器具に適用可能である。
請求項２に記載の照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記熱伝導手段は、ヒートパイプであることを特徴とする。
この構成により、光源部から本体への熱伝達を速やかに、かつ効率的に行うことが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、発光素子の温度上昇を効果的に抑制することができるとともに、部材収容スペースを有効に確保することが可能な照明装置を提供することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、効率的な放熱が実現できる照明装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。同照明装置を分解して示す斜視図である。同照明装置において前面カバーを取外して示す平面図である。図３中、Ｘ−Ｘ線に沿って切断して示す断面図である。光源ユニットを示す斜視図である。光源ユニットを分解して背面側から見て示す斜視図である。光源ユニットを示す断面図である。光源ユニットを組み合わせた一例を示す斜視図である。同じく、光源ユニットを組み合わせた一例を示す側面図である。

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乃至図４は、照明装置として夜の景観を演出するライトアップ等を行うのに適する投光器を示し、図５乃至図９は、照明装置に組み込まれる光源ユニットを示している。

図１乃至図３においては、２台の投光器１０が並設されて組となった形態を示している。図２は、２台のうち、１台を分解して示しており、図２に代表して示すように、投光器１０は、本体として箱状の筐体１１と、この筐体１１内に収容された光源部１２と、筐体１１と光源部１２との間に介在されたスペーサ部材１３と、透光性の前面カバー１４とを備えている。

筐体１１は、アルミニウム合金製のダイカストで形成されて熱伝導が良好で、前面側に開口部１１ａを有し、側壁外周に複数の放熱フィンが設けられている。この筐体１１内には、筐体１１より深さ寸法が小さく、アルミニウム等の材料から形成された箱状のスペーサ部材１３が収納されて取付けられるようになっている。

光源部１２は、後述する光源ユニット１が複数組合わされて構成されており、具体的には、１６個の光源ユニット１が組合わされている。この光源部１２は、スペーサ部材１３を介して筐体１１内に収容されるようになっている。またスペーサ部材１３の背面側には、光源部１２に電力を供給する電源装置１７が取付けられている。

図３に示すように、ひとつの光源ユニット１は、上面側から見た場合、直角三角形の角部をカットした形態をなしていて、これらが組合わされて限られた面積内において、全体の照射面積が広くなるように効率的に配置されている。

筐体１１の開口部１１ａには、外周を化粧枠で保持され前面側に膨らんだ形状をなした透光性の前面カバー１４がパッキンを介して装着されている。この前面カバー１４は、ポリカーボネートやガラスの材料によって構成できる。

このように構成された投光器１０が２台取付台１５に取付けられている。取付台１５は、ベース板１５ａと、このベース板１５ａの両側に設けられた支持部材１５ｂとからなり、投光器１０は、支持部材１５ｂにねじ等の固定手段によって固定されるようになっている。また、ベース板１５ａには、コ字状のアーム１６を取付けるための取付部材が背面側に延出して形成されており、この取付部材にアーム１６が取付けられている。これによって、筐体１１は、仰角が変更可能、すなわち、光の照射方向が可変できるようにアーム１６に回転可能に支持される。

また、筐体１１の底面側からは、図示しないケーブルグランドを介して電源線が導出されている。電源線は、光源部１２に電力を供給するため電源装置１７に接続されている。

このように構成された投光器１０は、アーム１６を例えば、構造物等に取付けて設置し、照射方向を対象物に向けて調整し、電源を投入して使用される。これにより、光源部１２から出射される光は、前面カバー１４を透過して対象物に照射される。

次に、図４を参照して筐体１１内の構成について説明する。筐体１１の内周壁は、箱状に形成されており、この筐体１１内には、スペーサ部材１３の外周縁部が筐体１１の開口部１１ａの縁に載置されるようにして取付ねじによって固定されている。このスペーサ部材１３の底壁には、光源部１２が設けられており、すなわち、複数の光源ユニット１が背面側からねじ止め等によって取付けられている。

このスペーサ部材１３は、前述のように筐体１１の内周壁より深さ寸法が小さく、したがって、スペーサ部材１３は、筐体１１の内周壁と光源部１２との間に介在し、筐体１１の内周壁を区画し、筐体１１の底壁側の内周壁との間に部材収容スペース１８を形成している。この部材収容スペース１８には、スペーサ部材１３の背面側に取付けられた電源装置１７が配設されるようになっている。また、図示しないリード線等の配線関係の部材が配設されている。

また、詳細を後述する各光源ユニット１の背面側には、アルミニウム等の熱伝導良好な受熱部材６が配設されている。そして、この受熱部材６と筐体１１の底壁との間には、熱伝達手段として棒状のヒートパイプ７が設けられている。具体的には、ヒートパイプ７は、受熱部材６に形成された嵌合穴６ａに嵌合され、また、筐体１１の底壁に形成された嵌合穴１１ｂに嵌合されて、これら嵌合穴６ａ、１１ｂと熱的に接触するようになっている。

したがって、ヒートパイプ７は、受熱部材６の嵌合穴６ａ側からスペーサ部材１３に形成された貫通孔１３ａを通り、部材収容スペース１８を通過して、筐体１１の底壁の嵌合穴１１ｂ側に至るようになっている。なお、ヒートパイプ７は、スペーサ部材１３に接触することなく筐体１１の嵌合穴１１ｂに取付けられることが好ましいが、接触する場合であってもよい。

ヒートパイプ７は、内部に作動液が封入されており、この作動液の蒸発及び凝縮の相変化のサイクルで熱を輸送するものである。高温側で暖められた流体は、蒸発し低温側へ移動して凝縮される。凝縮された流体は、毛細管作用によって高温側へ戻る。このサイクルで高温側から低温側へ熱を移動できるものである。

続いて、光源ユニット１について図５乃至図９を参照して説明する。光源ユニット１は、反射体２と、基板取付け部材３と、基板４と、この基板４に実装された発光素子５とを備えている。

反射体２は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の合成樹脂材料で形成されており、表面にアルミ蒸着された反射面２１を有している。反射面２１は、照射開口部２２を有し、この照射開口部２２に向かって拡開する曲面の一部によって形成されており、例えば、放物線を半回転させた回転放物面として構成されている。したがって、平面視においては、照射開口部２２が形成する外形は、半円形状となっている。そして、この半円形状の直線部、つまり、反射面２１が最大に拡開した照射開口部２２の端部２２ａ間には、補強部２３が形成されている。補強部２３は、照射開口部２２の端部２２ａ間を繋ぐように側面がＬ字状（主として図７参照）であって、桟状に形成されるものであり、反射面２１の変形を抑制する機能を有している。

また、図６に示すように、反射面２１と対向する側面側には、開口窓２４が形成されている。開口窓２４は、略長方形状に形成されているが、その開口部分２４ａは反射面２１の側面形状に従い略椀状に形成されている。一方、開口窓２４の両側には、基板取付け部材３の受部２４ｂが形成されており、受部２４ｂには、正面側から固定手段である取付ねじＳが貫通するねじ貫通孔が形成されている。

基板取付け部材３は、アルミニウム等の熱伝導が良好な金属製であり、開口窓２４の内周側に嵌合するように開口窓２４と同様に略長方形状の外形に形成されている。中央部には、基板４が対向配置される開口３１が形成され、上下の長辺部には、ガイド片３２が折曲して形成されている。また、開口３１から連続して略直角に折曲され反射面２１方向へ向かう遮光部３３が一体に形成されている(図５等参照)。この遮光部３３は、平面視、半円形状に形成されていて、反射面２１の照射開口部２２が形成する半円形状と同心円状をなしている。したがって、漏れ光を遮光する調整がしやすい利点を有する。

基板４は、絶縁材であるガラスエポキシ樹脂の矩形状の平板からなり、表面側には銅箔で形成された配線パターンが施されている。なお、基板４の材料は、絶縁材とする場合には、セラミックス材料又は他の合成樹脂材料を適用できる。また、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る。

基板４の表面側には、発光素子５がホルダ５１を介して実装されている。発光素子５は、表面実装型のＬＥＤパッケージであり、概略的にはセラミックスで形成された本体に配設されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂とから構成されている。ＬＥＤチップは、青色光を発光する青色のＬＥＤチップである。モールド用の透光性樹脂は、ＬＥＤチップの発光を吸収して黄色系の光を発生する蛍光体を含有しており、ＬＥＤチップから出射される光は、ＬＥＤパッケージの透光性樹脂を経て白色や電球色等の白色系の発光色となって外部へ放射されるようになっている。なお、ＬＥＤは、チップ・オン・ボード方式で直接基板４に実装するようにしてもよく、実装方式は、格別限定されるものではない。

このように発光素子５が実装された基板４は、基板取付け部材３の開口３１に対向するように取付けられる。また、基板４が取付けられた基板取付け部材３は、反射体２の開口窓２４に位置決めされて取付けられる。この場合、基板取付け部材３の外形は、開口窓２４の内周側に嵌合するように形成されており、基板取付け部材３のガイド片３２が開口窓２４に案内され、さらに、基板取付け部材３の前面側が開口窓２４の受部２４ｂに当接されて位置決めされて配置される。その後、正面側から取付ねじＳによってねじ止めされて取付けられる。
したがって、基板取付け部材３は、規定された位置に精度よく、容易に配置され、反射面２１の焦点に発光素子５が配置されるようになる。

以上のように構成された光源ユニット１において、図７に示すように、反射面２１は、側面側を中心線Ｃとして放物線を半回転させた回転放物面として形成されている。そして、側壁としての基板取付け部材３に取付けられた基板４上の発光素子５は、反射面２１に包囲されるように対向しており、発光素子５は、反射面２１の放物面の焦点に配置されるようになっている。また、遮光部３３は、その先端部と発光素子５とを結ぶ延長線Ｌが反射面２１における照射開口部２２の開口端より少しばかり下方に位置するように配設されている。

次に、図６に示すように、光源ユニット１の背面側には、前述した受熱部材６及びこの受熱部材６に結合されるヒートパイプ７が配設されるようになっている。受熱部材６は、略長方形状をなし、基板４の背面側に密着するように取付けられている。また、その厚み方向の寸法内において嵌合穴６ａが形成され、この嵌合穴６ａにヒートパイプ７が嵌合されている。

基本的には、各光源ユニット１に対して、それぞれヒートパイプ７が配設されるが、図８及び図９に示すように、光源ユニット１の背面同士が相対するように組み合わされる２つの光源ユニット１の部分においては、受熱部材６が双方の背面側で挟持された状態で固定されるようになっている。したがって、１つの受熱部材６が２つの光源ユニット１の受熱機能を果たしており、ヒートパイプ７も１つのヒートパイプ７が２つの光源ユニット１の熱伝達を行うようになっている。このように、１つのヒートパイプ７が複数の光源ユニット１の熱伝達を兼用するように構成されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。電源を投入し、基板４を介して発光素子５に通電すると、発光素子５が発光し、その光は、図７に示すように、主として反射面２１によって反射され、照射開口部２２の方向Ａへ向かって放射される。ここで、発光素子５は、反射面２１の焦点に配置されているので、照射開口部２２の方向へ向かう光は、不用意にビームの開きが大きくなったり、拡散したりすることなく、平行光線となって放射されるようになる。したがって、対象物へスポットをあてて有効に光を照射することが可能となり、また、所期の配光設計の容易化が実現できる。

また、反射体２は、合成樹脂材料で形成されているので、反射面２１が変形し、発光素子から出射される光を対象物へ有効に照射できなくなる虞があるが、補強部２３が形成されているので、これにより反射面２１の変形を抑制することができ、光を対象物へ有効に照射する機能を維持することができる。

さらに、遮光部３３は、その先端部と発光素子５とを結ぶ延長線Ｌが照射開口部２２の開口端より下方に位置するように配設されているので、反射面２１によって反射される有効な光Ａをほとんど遮ることなく、発光素子５から出射される光のうち、反射面２１に反射されない不必要な直接光は、遮光部３３によって遮られ漏れ光として外部に放射されるのを確実に抑制することができる。

また、発光素子５の発光中は、発光素子５から熱が発生するが、この熱は、基板４の背面側から受熱部材６を経てヒートパイプ７に伝導される。ヒートパイプ７に伝導された熱は、作動液の蒸発及び凝縮の相変化のサイクルで直接的にヒートシンクとして作用する放熱面積の大きな筐体１１へと速やかに伝達される。これによって筐体１１から効果的に放熱が行われる。したがって、発光素子５の温度上昇の抑制が促進される。

さらに、このような光源部１２からの熱伝達、筐体１への効果的な放熱によって、光源部１２に隣接する部材収容スペース１８の温度上昇を抑制することができ、部材収容スペース１８を有効に確保することができる。例えば、部材収納スペース１８に配設された電源装置１７や配線関係の部材への熱的影響を軽減できる。

したがって、光源部１２の近くに電源装置１７等を配設することが可能になり、この場合、部材収容スペース１８を小さくできるとともに筐体１１のコンパクト化が実現でき、また、配線長を短くすることが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、発光素子５の温度上昇を抑制することができるとともに、発光素子５から発生する熱をヒートパイプ７によって直接的に筐体１１へ伝達し放熱するようにしたので、部材収容スペース１８を有効に確保することが可能となる。

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。例えば、上記実施形態では、電源装置をスペーサ部材の背面側に取付ける場合について説明したが、電源装置は、筐体側に取付けるようにしてもよい。さらに、電源装置は、必ずしも部材収容スペースに配設する必要はない。電源装置を別置タイプとして構成することもできる。この場合、部材収容スペースは、主として配線関係の部材の配設に利用される。

また、光源部は、上記実施形態で示した光源ユニットを用いる場合に限定されるものではない。発光素子を光源として用いるものであれば、格別その形態は限定されない。加えて、熱伝導手段は、ヒートパイプを用いることが効率的な面から好適であるが、ヒートパイプに限定されるものではない。例えば、熱伝導性の高いアルミニウム合金材料等を用いてもよい。
さらに、照明装置としては、屋内又は屋外で使用される各種照明器具に適用可能である。

１・・・光源ユニット、２・・・反射体、３・・・基板取付け部材、
５・・・発光素子（ＬＥＤ）、７・・・熱伝導手段（ヒートパイプ）、
１０・・・照明装置（投光器）、１１・・・本体（筐体）、１２・・・光源部、
１３・・・スペーサ部材、１８・・・部材収容スペース、２１・・・反射面、

Claims

熱伝導性を有する本体と；
この本体内に収容され、発光素子を光源とする光源部と；
前記本体の内周壁と光源部との間に介在され、本体の内周壁との間に部材収容スペースを形成するスペーサ部材と；
前記光源部と本体の内周壁とを、前記部材収容スペースを通過して熱的に結合する熱伝導手段と；
を具備することを特徴とする照明装置。
前記熱伝導手段は、ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。