光源ユニット及び照明器具

【課題】放熱性能及び基板の均熱化の双方を促進できる光源ユニット及びその光源ユニットを用いた照明器具を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、複数の発光素子６が中央部及びその周囲部に実装された基板７と、この基板７の裏面側と対向し、基板７と熱的に結合するように設けられるとともに、背面側の中央部であって、周縁部間に複数の溝４３Ｍを形成する主放熱フィン４２Ｍと、この主放熱フィン４２Ｍの両側に配設され、主放熱フィン４２Ｍと直交する方向に複数の溝４３Ｓを形成する副放熱フィン４２Ｓとを有する放熱手段４とを備える光源ユニット２である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた照明器具に適する光源ユニット及びその光源ユニットを用いた照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ等の発光素子を光源として用いる照明器具が開発されており、その高輝度化、高出力化に伴い、ＬＥＤ等の使用個数も増加し、ＬＥＤ等を実装する基板が大型化してきている。ＬＥＤ等の発光素子は、その温度が上昇するに従い、光出力の低下とともに寿命にも影響を与える。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器具では、寿命、効率の諸特性を改善するために発光素子の温度上昇を抑制する必要がある。
【０００３】
また、ＬＥＤ等を実装する基板は、点灯初期においては、特に、基板の中央部の温度が高くなる傾向にある。したがって、点灯、消灯を繰り返すうちに、点灯初期の温度が影響し、基板の中央部に実装された発光素子の寿命や諸特性の低下をもたらし、中央部に実装された発光素子がその周囲部に実装された発光素子より暗くなってしまう等の不都合が生じる。一方、光源の点灯初期にかかわらず、安定点灯時においても、基板の中央部の熱は、放熱されにくく、温度が上昇しやすい環境下にある。したがって、この種、照明器具の高輝度化、高出力化、すなわち、発生する熱の増大、基板の大型化に伴い、ますます放熱性能の向上、基板の均熱化の要請が高まっている。
【０００４】
従来、小型化を図り、放熱性能を向上させることが可能なＬＥＤを光源とした照明器具が提案されている（特許文献１参照）。この照明器具は、器具本体の他端部に、側壁に開口部が設けられた凹部を形成し、器具本体とこの凹部を流れる外気によって放熱を効果的に行うものである。
【特許文献１】特開２００８−１８６７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、放熱性能を向上する視点は示されてはいるものの、放熱性能の向上及び基板の均熱化の双方の要請を同時に満足すべく構成されたものではない。特に、基板の均熱化に至っては何ら開示されていない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、放熱性能及び基板の均熱化の双方を促進できる光源ユニット及びその光源ユニットを用いた照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の光源ユニットは、複数の発光素子が中央部及びその周囲部に実装された基板と；この基板の裏面側と対向し、基板と熱的に結合するように設けられるとともに、背面側の中央部であって、周縁部間に複数の溝を形成する主放熱フィンと、この主放熱フィンの両側に配設され、主放熱フィンと直交する方向に複数の溝を形成する副放熱フィンとを有する放熱手段と；を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次による。発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等の固体発光素子である。発光素子の実装は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって実装するのが好ましいが、本発明の性質上、実装方式は特に限定されない。また、発光素子の実装個数や基板の形状には特段制限はない。中央部、周囲部は、画一的なものではない。基板や発光素子の配置形態等により把握される相対的概念である。基板と熱的に結合されるとは、直接的に基板と接触する場合や間接的に熱伝導性される場合をも許容する。周縁部間とは、周縁の最端部を含むが、最端部に限定されず、所定の幅を有する領域部分を意味する。放熱手段は、いわゆるヒートシンク、器具の本体、ケースあるいはカバーと指称されるものが含まれる。放熱フィンは、放熱手段の表面積を大きくするものであり、複数の溝を形成すればよく、その形状や配置等の形態は格別限定されるものではない。例えば、主放熱フィンは、周縁部間の領域に長手方向に亘り連続的に形成されたものであっても、一部分割されて複数のブロックで形成されたものであってもよい。さらに、主放熱フィンと副放熱フィンとは、一部又は全てが一体的に連続して形成されていてもよい。
【０００９】
請求項２に記載の照明器具は、請求項１に記載の光源ユニットと；この光源ユニットの副放熱フィンに取付けられた電源ユニットと；を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、放熱性能を向上できるとともに均熱化を促進できる光源ユニットを提供することができる。
【００１１】
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、電源ユニットは、副放熱フィンに取付けられているので、電源ユニットに作用する熱の影響を少なくすることが可能な照明器具を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る光源ユニット及び照明器具について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、照明器具を示す部分断面図、図２は、同上面図、図３は、同底面図、図４は、反射体を示す斜視図、図５は、照明器具を天井面へ取付けた状態を示す説明図である。
【００１３】
図１乃至図３において、照明器具として天井埋込形のダウンライト１を示している。ダウンライト１は、光源ユニット２と、この光源ユニット２に取付けられた電源ユニット３とを備えている。光源ユニット２は、熱伝導性の放熱手段４と、この放熱手段４に取付けられた化粧枠５と、同じく放熱手段４に取付けられ、発光素子としてのＬＥＤ６が実装された基板７と、反射体８及び反射体８の前方に配設された透光性カバー９とを備えている。
【００１４】
放熱手段４は、いわゆるヒートシンクであり、アルミダイカスト製の熱伝導良好な材料で形成されており、その外面が白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。なお、勿論、熱伝導性を担保できれば、他の材料で形成してもよい。そして、放熱手段４は、略円板状のベース４１と、このベース４１の背面側に立設された複数の放熱フィン４２とから構成されており、さらに、放熱フィン４２は、主放熱フィン４２Ｍのブロックと副放熱フィン４２Ｓのブロックとから構成されている。主放熱フィン４２Ｍは、ベース４１の周縁部間に亘るように平面視、直線状であって、側面視、略長方形状に複数突出して形成されており、各主放熱フィン４２Ｍ間には溝４３Ｍが形成されている。一方、主放熱フィン４２Ｍの両側には、この主放熱フィン４２Ｍと直交するように、ベース４１の周縁部から主放熱フィン４２Ｍに向かう複数の副放熱フィン４２Ｓが突出して形成されている。また、同様に、各副放熱フィン４２Ｓ間には、溝４３Ｓが形成されている。
【００１５】
化粧枠５は、ＡＢＳ樹脂又はアルミダイカストで略傘状に形成され、末広がり状の開口端部には、環状のフランジ５１が形成されており、他端部側は、放熱手段４に取付けられている。加えて、化粧枠５には、互いに１２０度の間隔をおいて天井面等への取付け用部材１０が装着されている（図１、図５では図示を省略している）。
【００１６】
基板７の表面側には、光源となるＬＥＤ６が表面実装方式で複数個、具体的には中央部に３個、その周囲部に６個、またその周囲部に１２個の合計２１個が実装されている（図３参照）。基板７は、ガラスエポキシ樹脂の略円形の平板からなり、裏面側が放熱手段４のベース４１に対向して密着するように取付けられている。したがって、放熱手段４は、基板７の裏面側と対向して配置され、基板７と熱的に結合されるようになっている。なお、この放熱手段４のベース４１と基板４の裏面側との間に、例えば、熱伝導性のシリコーンシートを介在させて結合するようにしてもよい。さらには、接着材を介在させて結合するようにしてもよく、この場合、接着材には、シリコーン樹脂系の接着材に金属酸化物等を混合した熱伝導性が良好な材料を用いるのが好ましい。また、基板７の材料は、絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。また、金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。
【００１７】
続いて、図４に代表して示すように、基板７の表面側には、白色のポリカーボネートやＡＳＡ樹脂等によって形成された反射体８が配設されている。反射体８は、ＬＥＤ６から放射される光を配光制御し、効率的に照射する機能をなしている。反射体８は、円板状をなし、隔壁の稜線部によって複数の入射開口８ｉ、具体的には、各ＬＥＤ６と対向して各ＬＥＤ６ごとに合計２１個の入射開口８ｉが形成されている。まず、反射体８には、同心円状に、中央部から外周に向かって第１の隔壁８ａ、第２の隔壁８ｂ、外周縁部８ｃが形成されており、これら隔壁８ａ、８ｂ及び外周縁部８ｃの内周側に、各入射開口８ｉが放射状の隔壁８ｄによって区画されて配設されている。このように構成された反射体８は、各入射開口８ｉに対応する各隔壁、すなわち、第１の隔壁８ａ、第２の隔壁８ｂ、外周縁部８ｃ及び放射状の隔壁８ｄが形成する反射面８ｆが略椀状となって、入射開口８ｉから出射開口８ｏ、すなわち、稜線部に向かって拡開しており、各入射開口８ｉごとに反射面８ｆを構成している。
【００１８】
次に、電源ユニット３は、電源回路３１、電源端子台３２及びアーム状の取付部材３３を備えている。取付部材３３は、前記光源ユニット２への固定部３３ａと、この固定部３３ａにヒンジ３３ｃを介して連結された取付部３３ｂとから構成されている。この取付部３３ｂの下面側には、電源回路基板を含む電源回路３１が取付けられている。電源回路基板には、制御用ＩＣ、トランス、コンデンサ等の電気部品が実装されており、この電源回路基板は、ＬＥＤ６が実装された基板７に電気的に接続されており、その電源回路によってＬＥＤ６を点灯制御するものである。また、取付部３３ｂの下面側後部には、商用電源に接続され電源回路３１に給電する電源端子台３２が取付けられている。そして、取付部材３３の固定部３３ａは、前記副放熱フィン４２Ｓの上面にねじ等の固定手段によって取付けられている。
【００１９】
このようなダウンライト１は、図５に示すように、天井面Ｃの埋込み穴に電源ユニット３側から挿入され、天井面Ｃの裏側に埋込まれた状態で支持される。この場合、化粧枠５のフランジ５１は、天井面Ｃの埋込み穴より大径であり、ダウンライト１が天井面Ｃに設置された状態で埋込み穴の周縁に下方から引っ掛かるようになっている。なお、取付部材３３の後端側には支持脚３３ｄが設けられており、この支持脚３３ｄは天井面Ｃの裏面に当接して取付部材３３を支えるようになっている。
【００２０】
以上のような構成において、電源ユニット５に通電されると、点灯回路が動作して基板７に電力が供給され、ＬＥＤ６が発光する。各ＬＥＤ６から出射された光の多くは直接透光性カバー９を透過して前方に照射され、一部の光は反射体８の各反射面８ｆに反射されて配光制御され透光性カバー９を透過して前方に照射される。一方、これに伴いＬＥＤ６から発生する熱は、主として基板７の裏面から放熱手段４のベース４１へ伝わり、複数の放熱フィン４２へ伝導され放熱される。ここで、中央部の主放熱フィン４２Ｍ間の溝４３Ｍは、ベース４１の周縁部間に亘って比較的長く形成されているので、通気路の機能をなし、自然対流による外気の対流が一方の周縁部から他方の周縁部間に作用し、主放熱フィン４２Ｍの側面が主に冷却されて、放熱が効率よく促進される。また、主放熱フィン４２Ｍの両側には、副放熱フィン４２Ｓが形成されているので、その溝４３Ｓにも外気の対流が作用し、副放熱フィン４２Ｓの側面が主に冷却され、放熱が行われる。加えて、副放熱フィン４２Ｓの溝４３Ｓによる対流は、その対流の方向と直交する最外周の主放熱フィン４２Ｍｏにも作用し、全体として主放熱フィン４２Ｍによる放熱が高まる。また、反射体８の裏面が基板７の表面側ほぼ全面に当接され、密着性が保たれているので、基板７から反射体８への熱伝導によっても放熱が行われる。
【００２１】
したがって、基板７の放熱性能が向上するとともに、基板７の温度分布も平均化され、均熱化される。つまり、特に、ＬＥＤ６の点灯初期においては、基板７の温度分布において、中央部に熱が集中し高温になる傾向がある。しかしながら、放熱手段４の主放熱フィン４２Ｍの作用によって基板７の中央部は、その周囲部に比較し放熱効果が高まるように構成されているので、基板７全体の均熱化が促進される。この均熱化によりＬＥＤ６の点灯時、光束を早期に安定化することができるとともに、ＬＥＤ６の寿命への影響を軽減できる。
【００２２】
以上のように本実施形態によれば、複数のＬＥＤ６が実装された基板７の放熱性能を向上できるとともに均熱化を促進できる光源ユニット２及びその光源ユニット２を用いた照明器具１を提供することができる。また、光源ユニット２は、電源ユニット３を内蔵していないので光源ユニット２を小型化できる。さらに、電源ユニット３は、放熱手段４の副放熱フィン４２Ｓに取付けられているので、電源ユニット３に作用する熱の影響を少なくすることができる。
【００２３】
次に、本発明の第２乃至第５の実施形態に係る光源ユニットについて図６乃至図１１を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。
【００２４】
（第２の実施形態）図６は、照明器具を示す部分断面図である。図に示すように、放熱手段４の主放熱フィン４２Ｍの高さ寸法を大きく形成したものである。したがって、その放熱面積を増大させることができ、基板７の中央部の放熱効果を高めることが可能となる。
【００２５】
（第３の実施形態）図７は、照明器具を示す上面図である。図に示すように、放熱手段４の主放熱フィン４２Ｍをベース４１の周縁部間に亘るように形成し、溝４３Ｍを形成しているが、周縁端より若干内周側に寄せて配設したものである。本実施形態によっても第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００２６】
（第４の実施形態）図８は、光源ユニットを示す上面図である。図に示すように、主放熱フィン４２Ｍの両側に形成された副放熱フィン４２Ｓのブロックの中央部にフィンを設けず、空間部を形成したものである。本実施形態によっても第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。
【００２７】
（第５の実施形態）図９は、同じく光源ユニットを示す上面図である。図に示すように、放熱手段４の主放熱フィン４２Ｍの厚さ寸法を大きく形成したものである。その放熱容量を増大させることができ、基板７の中央部の放熱効果を高めることが可能となる。なお、各主放熱フィン４２Ｍのピッチを調整して構成してもよい。
【００２８】
（第６の実施形態）図１０は、同じく光源ユニットを示す上面図である。図に示すように、主放熱フィン４２Ｍの略中心部にフィンを設けず、空間部を形成し、主放熱フィン４２Ｍを２つのブロックに分割して形成したものである。すなわち、複数の放熱フィン４２Ｍによって形成される溝４３Ｍを分断したものである。本実施形態によっても対流を導き放熱を促進することができる。
【００２９】
（第７に実施形態）図１１は、同じく光源ユニットを示す上面図である。図に示すように、最外周の主放熱フィン４２Ｍｏと、これと直交する副放熱フィン４２Ｓの中央側端部を連続して一体的に形成したものである。本実施形態によっても第１の実施形態と同様な放熱の促進が達成される。なお、副放熱フィン４２Ｓの一部、例えば、中央部の６つのフィンのみを主放熱フィン４２Ｍｏと連続して形成するようにしてもよい。
【００３０】
本発明は、上記各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、複数の放熱フィンによって形成される溝は、対流を導く形態のものであればよい。さらに、放熱フィンは、放熱手段の表面積を大きくするものであり、ひれ、平板、山形など形状に限定されず、突出して形成されていればよく、その形状は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る照明器具を示す部分断面図である。
【図２】同上面図である。
【図３】同底面図である。
【図４】反射体を示す斜視図である。
【図５】照明器具を天井面へ取付けた状態を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る照明器具を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る照明器具を示す上面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光源ユニットを示す上面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る光源ユニットを示す上面図である。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る光源ユニットを示す上面図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態に係る光源ユニットを示す上面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・照明器具（ダウンライト）、２・・・光源ユニット、３・・・電源ユニット、
４・・・放熱手段、６・・・発光素子（ＬＥＤ）、７・・・基板、
４２Ｍ・・・主放熱フィン、４２Ｓ・・・副放熱フィン、４３Ｍ、４３Ｓ・・・溝

【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が中央部及びその周囲部に実装された基板と；
この基板の裏面側と対向し、基板と熱的に結合するように設けられるとともに、背面側の中央部であって、周縁部間に複数の溝を形成する主放熱フィンと、この主放熱フィンの両側に配設され、主放熱フィンと直交する方向に複数の溝を形成する副放熱フィンとを有する放熱手段と；
を具備することを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の光源ユニットと；
この光源ユニットの副放熱フィンに取付けられた電源ユニットと；
を具備することを特徴とする照明器具。

【図１】