特許 6197992 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6197992

(24)【登録日】2017年9月1日

(45)【発行日】2017年9月20日

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20170911BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20170911BHJP

   F21V 29/508 20150101ALI20170911BHJP

   F21V 29/77 20150101ALI20170911BHJP

   F21V 29/83 20150101ALI20170911BHJP

   F21V 29/87 20150101ALI20170911BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20170911BHJP

   F21Y 115/20 20160101ALN20170911BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 375

   H05K7/20 G

   F21V29/508

   F21V29/77

   F21V29/83

   F21V29/87

   F21Y115:10 300

   F21Y115:10 500

   F21Y115:20

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-149382(P2013-149382)

(22)【出願日】2013年7月18日

(65)【公開番号】特開2015-8114(P2015-8114A)

(43)【公開日】2015年1月15日

【審査請求日】2016年3月15日

(31)【優先権主張番号】特願2013-116337(P2013-116337)

(32)【優先日】2013年5月31日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003757

【氏名又は名称】東芝ライテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100062764

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 襄

(74)【代理人】

【識別番号】100092565

【弁理士】

【氏名又は名称】樺澤 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100112449

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】松田 良太郎

(72)【発明者】

【氏名】岡 義郎

【審査官】 津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０８４４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７７９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８１９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４６３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３３９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第０２４７９４２３（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｋ ９／２３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光素子を実装した基板と；
発光素子に電力を供給する電源回路と；
光照射方向の前側に基板を取り付ける基板取付部、基板取付部の後側に突設され電源回路を収容する回路収容部、および基板取付部の後側に突設された複数の放熱フィンを有し、回路収容部は断面長方形でかつその外側面にテーパ面が設けられ、回路収容部と複数の放熱フィンとが離反していてこれらの間に隙間が設けられている放熱体と；
を具備していることを特徴とする照明装置。

【請求項2】

回路収容部は放熱体の中央部に配置され、複数の放熱フィンは回路収容部の周囲で放射状に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。

【請求項3】

放熱体は、回路収容部から突出する設置用の脚部を備えている
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。

【請求項4】

放熱体の回路収容部および放熱フィンの周囲を覆うとともに、放熱体の基板取付部との間に複数の放熱フィン間が開口する通気部を形成し、放熱体に取り付けられる筒体を具備している
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の照明装置。

【請求項5】

筒体の内面に有機成分を含有する塗料が塗装されている
ことを特徴とする請求項４記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、光源として発光素子を用いた照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光源としてＬＥＤなどの発光素子を用いた照明装置では、発光素子を実装した基板を放熱体の前側に取り付け、発光素子が発生する熱を放熱体で自然放熱する構造が用いられている。

【0003】

放熱体では、放熱効果を高めるために、放熱体の後側に複数の放熱フィンを設けていることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１６３９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

放熱体の後部の形状や複数の放熱フィンの形状によっては、放熱体の後部と複数の放熱フィンの間にそれらで周囲が囲まれた隅部が形成されることがある。

【0006】

このような周囲が囲まれた隅部の部分が存在すると、隅部に埃が溜まったり、屋外用の場合には雨水などが溜り、放熱体の放熱性能が低下する場合がある。

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、放熱性能の低下を防止できる照明装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態の照明装置は、発光素子を実装した基板、発光素子に電力を供給する電源回路、および放熱体を備える。放熱体には、光照射方向の前側に基板を取り付ける基板取付部を設け、基板取付部の後側に電源回路を収容する回路収容部を突設するとともに複数の放熱フィンを突設する。回路収容部は、断面長方形でかつその外側面にテーパ面を設ける。回路収容部と複数の放熱フィンとは離反していてこれらの間に隙間を設ける。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、放熱体の基板取付部の後側から突設する回路収容部と複数の放熱フィンとは離反していてこれらの間に隙間を設けているため、空気が流れやすくなって放熱性能を向上できるとともに、水や埃などが溜まるのを防止できて放熱性能を維持でき、さらに、回路収容部が複数の放熱フィンと熱的に分離されて電源回路が発生する熱の放熱も向上することが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態を示す照明装置の分解状態の斜視図である。

【図2】同上照明装置の組立状態の前側の斜視図である。

【図3】同上照明装置の組立状態の後側の斜視図である。

【図4】同上照明装置の筒体を断面とした背面図である。

【図5】同上照明装置の断面を示す斜視図である。

【図6】同上照明装置の筐体の角度による熱解析の結果を示す表である。

【図7】同上照明装置の塗装の有無による熱解析の結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、一実施形態を、図１ないし図７を参照して説明する。

【0012】

照明装置10は、光を投光する屋外用の投光器であり、発光モジュール11と、この発光モジュール11の前側に配置されるレンズ12と、発光モジュール11に電力を供給する電源回路13と、これら発光モジュール11、レンズ12および電源回路13を収容する円筒状の筐体14と、この筐体14の設置用の設置具15となどを備えている。筐体14の一端側には、光を出射する円形の発光部16が形成されている。なお、照明装置10において光照射方向を前側、光照射方向に対して反対側を後側として説明する。

【0013】

そして、発光モジュール11は、円板状の基板18、およびこの基板18の前面である実装面に実装された半導体発光素子あるいは固体発光素子である複数の発光素子19を備えている。基板18は、金属やセラミックスなどの熱伝導性に優れた材料で形成され、実装面には複数の発光素子19を電気的に接続するパターンが形成されている。発光素子19は、例えばＬＥＤ素子であり、表面実装形のＳＭＤ（Surface Mount Device）パッケージが用いられている。なお、発光素子19としては、複数のＬＥＤ素子を基板に実装して蛍光体を含む樹脂で封止するＣＯＢ（Chip On Board）モジュールでもよいし、あるいはＥＬ素子を用いてもよい。

【0014】

また、レンズ12は、透明な樹脂あるいはガラスなどの材料によって形成されており、円板状の前面部21の後側に複数のレンズ部22が一体に形成されている。複数のレンズ部22は、複数の発光素子19のそれぞれに対応しており、それぞれ発光素子19から入射する光を所定の配光となるように制光して前面部21の前方へ出射する。

【0015】

また、電源回路13は、四角形状の回路基板24、およびこの回路基板24の両面に実装された複数の電子部品（図示せず）を備えている。そして、電源回路13は、外部から供給される交流電力を所定の直流電力に変換して複数の発光素子19に供給し、複数の発光素子19を点灯させる。

【0016】

また、筐体14は、放熱体26、この放熱体26の前側に取り付けられる前面カバー27、および放熱体26の後側に取り付けられる筒体28を備えている。

【0017】

放熱体26は、例えばアルミニウムなどの金属材料によって一体に形成されている。放熱体26の前側には円筒状の外周部30が形成され、この外周部30の前側に前面カバー27が取り付けられる円筒状のカバー取付部31が形成されている。このカバー取付部31の外周には前面カバー27を螺合して取り付けるための雄ねじが形成されている。

【0018】

外周部30の内側には、発光モジュール11およびレンズ12を収容する光源収容部32が形成されている。外周部30の内側であって光源収容部32の奥側には円形の基板取付部33が形成され、この基板取付部33の前側に基板18が熱伝導可能に接触して取り付けられる。そして、発光モジュール11およびレンズ12は、光源収容部32に配置され、複数のねじがレンズ12を通じて基板取付部33にねじ込まれて締め付けられることにより、レンズ12で基板18が基板取付部33に押圧されて圧接する状態に取り付けられる。

【0019】

基板取付部33の後側には、基板取付部33の中央部から回路収容部34が突設されているとともに、基板取付部33の周辺部から複数の放熱フィン35が突設されている。

【0020】

回路収容部34は、前側のみに開口する筒状に形成されている。すなわち、回路収容部34の内部には前側のみに開口する空胴部36が形成され、この空胴部36の前側が基板取付部33の中央部に開口されて光源収容部32に連通されている。回路収容部34は、発光部16の径方向に沿って縦長とする断面長方形に形成されており、回路収容部34の上面は曲面に形成され、回路収容部34の両側の側面は上方に向けて先細りとなるテーパ面に形成されている。そして、回路収容部34の空胴部36内には、回路基板24を縦向きとした状態で電源回路13が収容される。また、回路収容部34の縦長方向の一方である下側には、回路収容部34におけるランプ軸方向の中央で、回路収容部34の両側面から連続して下方へ突出する一対の脚部37が設けられている。なお、回路収容部34の後面には配線孔（図示せず）が形成され、この配線孔に電源回路13に交流電力を供給するための電線が挿通されるとともに、配線孔と電線との間を防水構造とする部材が介在される。

【0021】

複数の放熱フィン35は、回路収容部34の周囲で、放熱体26の中心部（光軸）を中心として放射状に配置されている。複数の放熱フィン35は、回路収容部34とは離反していて、回路収容部34との間には隙間38が形成されている。隙間38の寸法は１〜６ｍｍの範囲が望ましく、１ｍｍより小さいと隙間38の製造が困難になり、６ｍｍより大きいと放熱フィン35の表面積が小さくなって放熱性が低下する。さらに製造の容易性および放熱性を考慮すると、隙間38の寸法は２〜５ｍｍの範囲がより好ましい。また、基板取付部33の後側から後方への複数の放熱フィン35の突出寸法は、回路収容部34より短いが、必要な放熱性能に応じて設定される。なお、放熱フィン35は、放射状に設ける場合に限らず、回路収容部34の周囲で、縦方向または横方向に沿って設けてもよく、この場合にも、複数の放熱フィン35は、回路収容部34とは離反していて、回路収容部34との間には隙間38が形成されていればよい。

【0022】

放熱体26の放熱フィン35や回路収容部34などを含む外面には、バインダとして例えばカーボンなどの有機成分を含有する例えば黒色の塗料が塗装されている塗装面26aが形成されている。これにより、放熱体26は、放熱フィン35や回路収容部34などの外面から赤外線を放射しやすい高い放射放熱特性を有している。また、塗料としては、放射放熱特性に優れた塗料でもよいし、有機成分を含有している一般の塗料でもよく、例えば０．８〜０.９の放射率を有していればよい。

【0023】

また、前面カバー27は、アルミニウムなどの金属材料によって環状に形成され、前面にはレンズ12より小径である円形の投光開口40が形成されている。前面カバー27の内周には、放熱体26のカバー取付部31の雄ねじに螺着する雌ねじが形成されている。前面カバー27を放熱体26にねじ込んで取り付ける際には、前面カバー27と放熱体26との間に環状のパッキングが介在されて防水性が確保されるとともに、前面カバー27とレンズ12との間に環状のパッキングが介在されて防水性が確保される。そして、前面カバー27の投光開口40の内側領域が、光を出射する円形の発光部16として構成されている。

【0024】

また、筒体28は、例えばアルミニウムなどの金属材料によって形成されている。放熱体26の回路収容部34および放熱フィン35の周囲を覆う筒部42、および筒部42の後側を覆う後面部43を備えている。筒部42の下部には一対の脚部37が挿通可能な溝部44が形成され、後面部43には筒部42の内面に沿って開口する複数の通気口45が設けられている。そして、筒体28で放熱体26の後側を覆った状態で、ねじ（図示せず）を筒体28の下面を通じて回路収容部34の下面にねじ込むことにより、筒体28が放熱体26に取り付けられる。筒体28が放熱体26に取り付けられた状態では、筒部42の前端と放熱体26の基板取付部33の後側との間に、複数の放熱フィン35間（通気通路47）が連通する通気部46が形成されている。さらに、筒部42の内面と複数の放熱フィン35間と回路収容部34との間に複数の通気通路47が形成され、これら通気通路47が前側の通気部46と後側の通気口45とに連通されている。

【0025】

筒体28の外面および内面に、バインダとして例えばカーボンなどの有機成分を含有する例えば黒色の塗料が塗装された塗装面28aが形成されている。塗料の色は放熱体26と同じ例えば黒色などである。これにより、筒体28は、放熱フィン35や回路収容部34などの外面から放射される赤外線を筒体28の内面から吸収しやすくなるとともに、筒体28の外面から赤外線を放射しやすい高い放射放熱特性を有している。塗料としては、放射放熱特性に優れた塗料でもよいし、有機成分を含有している一般の塗料でもよく、例えば０．８〜０.９の放射率を有していればよい。なお、筒体28の内面全体に塗料が塗装されていることが好ましいが、少なくとも放熱フィン35の周囲に対向する領域に塗料が塗装されていれば、放熱フィン35から筒体28への良好な放射放熱による熱伝達性能が得られる。

【0026】

また、設置具15は、設置場所に固定する固定部49、およびこの固定部49の両側から立ち上げられた一対のアーム部50を有している。一対のアーム部50に放熱体26の一対の脚部37がボルトおよびナットなどを用いて回動可能に連結されている。

【0027】

そして、このように構成された照明装置10は、設置具15によって所定の設置場所に設置され、その設置場所から所定の光照射方向へ向けて光を照射するように、筐体14の光照射方向が調整される。設置状況により、筐体14の向きは水平、下方、上方などに向く場合がある。

【0028】

電源回路13に交流電力が供給されると、電源回路13により交流電力を変換した所定の直流電力を複数の発光素子19に供給し、複数の発光素子19が点灯する。複数の発光素子19が発生する光がレンズ12を通じて前方へ照射される。

【0029】

複数の発光素子19が点灯時に発生する熱は、基板18から放熱体26の基板取付部33に熱伝導され、この基板取付部33から主に複数の放熱フィン35に熱伝導される。また、電源回路13が動作時に発生する熱は回路収容部34に伝達される。そして、筒体28の内側に配置されている複数の放熱フィン35および回路収容部34の温度が上昇すると、筒体28外の空気が通気部46または通気口45から筒体28内に流入し、この空気が通気通路47を流れて複数の放熱フィン35および回路収容部34を冷却し、通気通路47を流れて温められた空気が通気口45または通気部46から筒体28の外部に排気される。

【0030】

このとき、通気通路47を流れる空気の流速が煙突効果によって増大し、高い放熱効果が得られる。

【0031】

さらに、放熱体26の基板取付部33の後側から突設する回路収容部34と複数の放熱フィン35とは離反していてこれらの間に隙間38が設けられているため、隙間38を冷却のための空気が流れ、放熱効果を向上させる。特に、回路収容部34が複数の放熱フィン35と熱的に分離されているため、電源回路13が発生する熱の放熱も向上できる。

【0032】

ところで、放熱フィン35を用いた自然放熱では、筐体14の向きによって放熱効果に影響が生じやすい。図６には、放熱フィン35と回路収容部34とが連続している比較例の場合と、放熱フィン35と回路収容部34とが分離している本実施形態の場合とで、筐体14の向きに応じた基板18の温度を測定した結果を示す。筐体14の向きは水平、下方、上方とし、発光素子19の発熱量、電源回路13の発熱量、合計発熱量、および周囲温度は同じ条件とする。

【0033】

放熱フィン35と回路収容部34とが連続している比較例の場合には、筐体14の向きによって温度差が最大６℃程度生じ、放熱性能の変化が大きい。これは、筐体14の向きの変化によっては放熱フィン35間を空気が流れにくくなることによる。

【0034】

放熱フィン35と回路収容部34とが分離している本実施形態の場合には、筐体14の向きの変化によって温度差が最大４℃程度に抑制され、放熱性能の変化を少なくすることができる。これは、筐体14がどのような向きにあっても、放熱フィン35と回路収容部34との間の隙間38を空気が流れるためである。

【0035】

なお、複数の発光素子19が点灯時に発生する熱は、放熱体26の基板取付部33から複数の放熱フィン35に熱伝導される他、外部に露出する外周部30や前面カバー27などにも熱伝導され、これら外周部30や前面カバー27などからも外気中に放熱される。

【0036】

また、放熱体26の外面および筒体28の内面に、それぞれ有機成分を含有する塗料が塗装されているため、放熱体26の放熱フィン35などから赤外線が放射されやすく、この放熱フィン35などから放射される赤外線を筒体28の内面から吸収しやすくなり、放熱フィン35から筒体28への良好な放射放熱による熱伝達が行われる。

【0037】

通常、外部に露出することがない筒体28の内面はコスト面から未塗装とすることが多いが、有機成分を含有する塗料を塗装することにより、放熱フィン35から筒体28への良好な放射放熱による熱伝達効果が得られる。

【0038】

図７には、塗装無しの場合、放熱フィン35のみに塗装した場合、放熱フィン35および筒体28の内面に塗装した場合について、基板18の温度を測定した結果を示す。塗装を施した方が温度が低下しており、放熱フィン35および筒体28の内面に塗装した場合は、塗装無しの場合に比べて、最大６℃程度低下しており、放熱性能が向上した。これは、放熱フィン35から筒体28への良好な放射放熱による熱伝達が行われていることの結果と言える。

【0039】

そして、このような放射放熱は、空気対流による熱伝達放熱よりも外界条件の影響を受けにくく、例えば筐体14の向きに影響を受けにくく、安定した放熱性能を得ることができる。

【0040】

また、放熱体26の基板取付部33の後側から突設する回路収容部34と複数の放熱フィン35とは離反していてこれらの間に隙間38が設けられているため、基板取付部33の後側と回路収容部34と放熱フィン35とで周囲が囲まれた隅部が形成されることがない。そのため、筐体14がどのような向きにあっても、回路収容部34と複数の放熱フィン35との間に雨水や埃などが溜まるのを防止でき、放熱体26の放熱性能を長期に亘って維持することができる。

【0041】

また、回路収容部34が縦長に設けられているため、放熱体26の左右方向への重心の変化が少なく、照明装置10の設置姿勢を安定させることができ、さらに、回路収容部34の上面に雨水が溜まり難く、回路収容部34の側面に付着した雨水を流しやすくできる。また、回路収容部34の側面にテーパ面を設けているため、回路収容部34の側面が上方へ向く状態に設置された場合でも、回路収容部34の側面に雨水が溜まるのを防止できる。

【0042】

なお、筒体28を用いることにより照明装置10の外観を向上できるが、筒体28を用いなくてもよい。

【0043】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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。

【符号の説明】

【0044】

10 照明装置
13 電源回路
18 基板
19 発光素子
26 放熱体
28 筒体
33 基板取付部
34 回路収容部
35 放熱フィン
37 脚部
38 隙間
46 通気部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】