JP5624391B2 - 照明器具の放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は照明器具の放熱構造に関し，より詳細にはＬＥＤ素子を光源とする照明器具の放熱構造に関する。

ＬＥＤは従来の白熱電球や蛍光灯に比較して同じ照度をより低い消費電力で得ることができると共に，白熱電球や蛍光灯に比較して長寿命であることから，従来照明器具の光源として使用されていた白熱電球や蛍光灯に代えて，ＬＥＤを光源として使用する照明器具も普及しつつある。

しかしながら，照明用の高出力ＬＥＤは高熱を発生する一方，半導体であるＬＥＤ素子は熱に弱い性質があるために，ＬＥＤ素子で発生した熱を適切に処理しなければ，ＬＥＤの特性として挙げられる長寿命という特性を失い兼ねない。

そのため，ＬＥＤ素子を光源とした照明器具にあっては，ＬＥＤ素子を熱から保護するための熱対策が講じられている。

このような熱対策の一例として，複数のＬＥＤを配置した際の相互間の熱影響を抑制し，空気の対流を促して総発熱量を下げ，ＬＥＤをより高出力で駆動させることを可能と成すと共に，ＬＥＤを密集して配置することを可能とするために，ＬＥＤを実装する実装基板のＬＥＤ間の間隔に，切欠乃至は穴を設けるといった対策も採られている（特許文献１参照）。

特開２００６−１７９４４３号公報

しかし，特許文献１として紹介した実装基板にあっては，ＬＥＤ素子相互間の熱の影響をある程度遮断することができるものの，放熱性能自体を大幅に改善できるものとはなっていない。

そこで本発明は，ＬＥＤ素子を光源として使用した照明器具において，より効率的に放熱を行い得る放熱構造を提供することにより，照明器具の光源として使用するＬＥＤ素子を熱から適切に保護することを目的とする。

以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本願発明の特許請求の範囲の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。

上記目的を達成するために，本発明の照明器具１の放熱構造は，
ＬＥＤ素子２１を備えるＬＥＤ基板２２を取り付けたＬＥＤ支持部２０と，
照明器具１のボディ５に取り付けられる放熱体１０を備え，
前記放熱体１０は，取付部１４を備え，該取付部１４に前記ＬＥＤ支持部２０を取り付け，且つ，前記ＬＥＤ素子２１をレンズ及び／又はフィルタ３２に対向して前記ボディ５内の所定の位置に配置し，
前記放熱体１０に，前記放熱体１０を貫通すると共に前記取付部１４で下端を開口する放熱孔１３を形成すると共に，前記ＬＥＤ支持部２０に，前記放熱孔１３と連通する貫通孔２５を設け，前記貫通孔２５に吸引される外気を冷却風として前記ＬＥＤ素子２１に接触させており，
前記放熱体１０を，前記取付部１４を備えた第１部分１１と，前記ボディ５に対して固定される第２部分１２によって構成し（図３，５，６参照），
前記第１部分１１又は第２部分１２のいずれか一方（実施形態において第１部分１１）に前記放熱孔１３の少なくとも一部分を構成する中空空間が形成された柱状部１７を設けると共に，他方（実施形態において第２部分１２）に前記柱状部１７を挿入可能な挿孔１８を形成し，前記挿孔１８に対する前記柱状部１７の挿入長を可変として，前記放熱孔１３の長手方向に前記放熱部１０の長さを可変としたことを特徴とする（請求項１）。

前記放熱構造において，前記放熱体１０の外周には放熱フィン１５，１６を設けることが好ましい（請求項２）。

前記ＬＥＤ支持部２０を，前記取付部１４とし，ここに直接ＬＥＤ素子２１を備えるＬＥＤ基板２２を配置することも可能である。

また，一方の面にＬＥＤ素子２１を備えるＬＥＤ基板２２と，前記ＬＥＤ基板２２の他方の面に設けられた高熱伝導性の材質によって形成された支持板２３によって構成することができる（請求項３；図４参照）。

更に，上記支持板２３を備える放熱構造において，前記放熱体１０に対し，前記ＬＥＤ支持部２０を着脱可能に取り付けるものとすることが好ましい（請求項４）。

また，前記ボディ５に対する前記放熱体１０の取付位置より離間した位置，例えば放熱体１０の下端側において，前記放熱体１０と前記ボディ５の双方に接触して前記放熱体１０と前記ボディ５間に熱伝導を生じさせる放熱アダプタ４０を設けることもできる（請求項５）。

以上で説明した本発明の構成により，本発明の放熱構造を備えた照明器具１にあっては，以下のような顕著な効果を得ることができた。

ＬＥＤ支持部２０に設けた貫通孔２５と，この貫通孔２５と連通する放熱孔１３を，ＬＥＤ支持部２０を取り付ける放熱体１０に設けたことにより，ＬＥＤ素子２１が発生した熱は放熱体１０に伝導されて放熱されるだけでなく，ＬＥＤ素子２１によって発生した熱によって放熱孔１３内の空気が熱せられることで煙筒効果によって図１中に矢印Ａで示すように放熱孔１３内を上昇する空気の対流が生じる。

その結果，放熱孔１３の下端部が負圧となってこれに連通するＬＥＤ支持部２０に設けた貫通孔２５を介して周囲の空気が放熱孔１３内に吸引され，ＬＥＤ支持部２０に取り付けたＬＥＤ素子２１を，この貫通孔２５に向かう空気流である冷却風（図１中の矢印Ｂ）と接触させて放熱させることができるために，ＬＥＤ素子２１を効率的に冷却することができた。

その結果，比較的熱に弱いＬＥＤ素子２１を確実に冷却することで，ＬＥＤ素子２１が熱によって破壊等されることに伴う寿命の減少等を好適に防止することができた。

前述した放熱体１０の外周に放熱フィン１５，１６を設けた構成にあっては，放熱体１０に熱伝導されたＬＥＤ素子２１の熱をより一層効率的に放熱することができた。

更に，前述したＬＥＤ支持部２０をＬＥＤ基板２２と，ＬＥＤ基板２２に取り付けられた高熱伝導性の材質によって形成された支持板２３（例えば，アルミ板）によって構成することでＬＥＤ素子２１の熱を放熱体１０に好適に伝達することができた。

前記放熱体１０に対し，前記ＬＥＤ支持部２０を着脱可能に取り付けた構成にあっては，ＬＥＤ素子２１に破損等が生じた場合であっても，照明器具１を例えば天井等に取り付けた状態のままで光源部分のみを容易に交換することができた。

更に，前記放熱体１０を第１部分１１と第２部分１２の組合せによって形成し，放熱体１０の長さを前記放熱孔１３の長手方向に可変とした構成にあっては，照明器具１のボディ５内における前記取付部１４の位置，従って，ＬＥＤ素子２１の位置を可変とすることができた。

その結果，放熱体１０の伸縮により，ボディ５に取り付けられているリフレクタ３１等に対するＬＥＤ素子（光源）の配置を微調整することができた。

なお，前記ボディ５に対する前記放熱体１０の取付位置より離間した位置において，前記放熱体１０と前記ボディ５間を接触する放熱アダプタ４０を設けた構成にあっては，放熱体１０の熱をボディ５に吸収させることにより更に効率的に放熱を行うことができ，その結果，ＬＥＤ素子２１に対する熱の影響をより確実に排除することができた。

本発明の放熱構造を備えた照明器具の要部断面側面図。 本発明の放熱構造を備えた照明器具の要部断面分解側面図。 本発明の放熱構造を備えた照明器具の要部断面分解側面図。 ＬＥＤ支持部の（Ａ）は平面図，（Ｂ）は側面図，（Ｃ）は底面図。 放熱体の（Ａ）は第２部分の平面図，（Ｂ）は第２部分の側面図，（Ｃ）は第１部分の平面図，（Ｄ）は第１部分の側面図。 放熱体の分解断面図。 放熱体の上端部分の拡大断面図。 放熱アダプタの（Ａ）は平面図，（Ｂ）は側面図。

次に，添付図面を参照しながら本発明の放熱構造を備えた照明器具について説明する。

〔照明器具の全体構造〕
図１〜３は照明器具１の一例として，ダウンライトに本発明の放熱構造を適用した例である。

図示の実施形態において，この照明器具１は，照明器具１の本体部分を成すボディ５と，このボディ５に取り付けられた放熱体１０，前記放熱体１０に取り付けられたＬＥＤ支持部２０を備えていると共に，前記ボディ５の下端開口部５ａ（図２，３参照）に取り付けられる，リフレクタ３１，レンズ及び／又はフィルタ３２，コーン３３等を備えたオプティカルユニット３０を備えている（図１，２参照）。

この照明器具１は，図１に示すように，例えば天井板６等に形成した開口６ａ内に，照明器具取付用の保持枠７を嵌合すると共に，この保持枠７内に，室内側より天井裏側に向かって照明器具１を挿入すると，挿入された照明器具１のコーン３３が，前記保持枠７内に係止されて，照明器具１を天井板に取り付けることができるように構成されている。

前述したボディ５は，全体として略逆カップ状の形状に形成されており，図３に示すように下端部にオプティカルユニット３０を取り付けるための下端開口部５ａが形成されていると共に，上端部に放熱体１０の一部分が挿入される上端開口部５ｂが形成されている。

このボディ５は，ボディ５内に対する外気の導入，及びボディ内の空気の外部への排出を好適に行うことができるようにするために，側面を部分的に除去して形成した空気流通口５ｃを設けることが冷却効率の向上を図る上で好ましい。

〔放熱構造〕
以上のように構成された照明器具１において，本発明の放熱構造は，ＬＥＤ素子２１が配置されるＬＥＤ支持部２０，前記ＬＥＤ支持部２０を取り付ける放熱体１０，及び，必要に応じて設けられる放熱アダプタ４０によって実現される。

ＬＥＤ支持部
前述のＬＥＤ支持部２０は，一方の面にＬＥＤ素子が取り付けられた，全体として板状を成し，図示の実施形態にあっては樹脂基板の片面にＬＥＤ素子２１を取り付ける等して形成したＬＥＤ基板２２を，アルミニウムや銅，その他の熱伝導性の良い材質（本実施形態ではアルミニウム）によって形成された支持板２３に取り付けた構造を有している（図４参照）。

このＬＥＤ支持部２０に設けたＬＥＤ素子２１には，図４（Ｂ）に示すように配線２７を介してソケット２４が取り付けられており，これを図示せざる制御装置に接続することで，ＬＥＤの点灯，消灯，必要に応じて明るさ等を制御することができるように構成されている。

このＬＥＤ支持部２０には，ＬＥＤ素子２１の配置されていない位置，図示の実施形態にあってはその中央位置に貫通孔２５が設けられており，ＬＥＤ支持部２０を後述する放熱体１０に取り付けた際，放熱体１０を貫通する放熱孔１３に，前記貫通孔２５を連通させることができるように構成されている。

なお，このＬＥＤ支持部２０を，後述取付部１４とし，ここに直接ＬＥＤ素子２１を備えるＬＥＤ基板２２を配置することも可能である。

放熱体
以上のように構成されたＬＥＤ支持部２０は，放熱体１０に取り付けられることにより，前述したボディ５内の所定の位置に取り付けることができるように構成されている。

この放熱体１０は，図１，２に示すようにその上端側が前述したボディ５の上端開口部５ｂ内に挿入されてボディ５に固定されていると共に，下端側に前述したＬＥＤ支持部２０を設けるための取付部１４が，図示の実施形態にあっては平坦面として形成されており，この取付部１４に対して前述したＬＥＤ支持部２０を例えば螺旋止めすることにより取り付けることができるように構成されている。

この放熱体１０には，前述した取付部１４で下端を開口する放熱孔１３が，放熱体１０内を上下方向に貫通して形成されており，ＬＥＤ支持部２０に形成した螺旋孔２６と，取付部１４に設けた螺旋孔（図示せず）とを位置合わせして，両螺旋孔に螺旋を挿入，螺合させて固定すると，ＬＥＤ支持部２０に形成した貫通孔２５を放熱孔１３の下端と連通させて取り付けることができるように構成されている。

この放熱体１０の外周には，その長手方向（上下方向）を長手方向とする複数の放熱フィン１５が形成されており，この放熱フィン１５によって表面積を増大することにより放熱性を向上させている。

また，ボディ５の上端開口部５ｂより上方に突出してボディ５外に配置された部分には，外周方向に伸びる放熱フィン１６を設け，同様に放熱効率の向上を図っている。

以上のように構成された放熱体１０は，これを全体として一体のものとして形成しても良いが，本実施形態にあってはこの放熱体１０を，第１部分１１と第２部分１２の２つの構成部分に分離可能に構成している。

そして，第１，第２部分１１，１２のいずれか一方に，前記放熱孔１３の少なくとも一部分を構成する中空空間が形成された柱状部（図示の例では円筒部）１７を設けると共に，他方に前記柱状部１７を外嵌可能な挿孔１８を形成し，前記柱状部１７を前記挿孔１８に挿入したテレスコピックに類似の構造とすることで，挿孔１８に対する柱状部１７の挿入長さを変化させることで，前記放熱孔１３の長手方向における前記放熱体１０の長さを可変としている。

図示の実施形態にあっては，第１部分１１の取付部１４とは反対側（上端側）に前述の柱状部である円筒部１７を設けると共に，ボディ５の上端開口部５ｂに取り付ける第２部分１２に，この円筒部１７を挿入する挿孔１８を設け，挿孔１８内に前記円筒部１７を挿入した状態で両者を固定することができるように構成することで，挿孔１８に対する円筒部１７の挿入長を調整することで放熱体１０の全長を放熱孔１３の長さ方向に可変とすることができるように構成している。

なお，図示の実施形態にあっては，前述した柱状部１７を円筒状に形成すると共に，挿孔１８をこれに対応した形状に形成するものとして説明したが，柱状部１７の形状は図示の例に限定されず，例えば角柱状のものとして構成するものとしても良く，また，外周にキーや溝を設け，スプラインに類似の構造のものとして形成しても良い。

以上のように構成された放熱体１０の第２部分１２には，ボディ５の上端開口部５ｂ内に挿入，嵌合される嵌合部１９と，この嵌合部１９の上端側の周縁より外周方向に伸びる放熱フィン１６が設けられており，第２部分１２に設けた前記嵌合部１９をボディ５の上端開口部５ｂ内に下向きに挿入すると，上端開口部５ｂの周縁に放熱フィン１６が係止されて，第２部分１２をボディ５の所定の位置に固定することができるようになっている（図２参照）。

そして，この第２部分１２に設けた挿孔１８内に，第１部分１１の円筒部１７を上向きに挿入して固定することで，第１部分１１をボディ５内の所定の位置に取り付けることができるようになっている。

図５（Ａ），（Ｃ）及び図７に示すように，第１部分１１と第２部分１２間の固定は，一例として第２部分１２の上端開口縁より内向きに突出したフランジ部１２ａに形成した貫通孔乃至は切欠（図示の例は切欠）１２ｄ〔図５（Ａ）参照〕に挿入乃至は嵌合した螺旋８１の先端を，第１部分１１の円筒部１７上端に設けた螺旋孔１７ａに螺合すると共に緊締することによって行っている。

本実施形態にあっては，前述した固定用の螺旋８１を挿入する切欠１２ｄの他に，別途螺旋８２を螺合させる螺旋孔１２ｂを前記フランジ部１２ａより突設した舌片１２ｃに形成し，この螺旋孔１２ｂを螺合，貫通した螺旋８２先端部の突出長さを調整することで，第２部材１２に設けた挿孔１８に対する第１部材１１の円筒部１７の挿入長さを調整することができるようにしている。

その結果，螺旋８２の突出長さを調整しながら，螺旋８１を締め込んでいくことで，放熱体の全長を微調整することができると共に，調整後の位置で両者を固定することができるようになっている。

このように，放熱体１０の全長を微調整することで，放熱体１０の下端に位置する取付部１４，従って，この取付部１４に設けられるＬＥＤ支持部２０のＬＥＤ素子２１のボディ５内における配置を微調整して，最適な配置とすることができる。

放熱アダプタ
なお，前述の放熱体１０には，図８（Ａ），（Ｂ）に示す放熱アダプタ４０を取り付けることもできる。

この放熱アダプタ４０は，放熱体１０の熱をボディ５に伝導することで放熱体１０の放熱性を更に向上させるために設けられたものであり，放熱体１０とボディ５の双方に接触して前述した伝熱作用を発揮するものであれば，その形状，材質，構造等は特に限定されず，本実施形態にあっては前述した放熱体１０とは別体として形成しているが，放熱体１０と一体に形成しても良い。

本実施形態にあっては，この放熱アダプタ４０をアルミニウムや銅等のような高熱伝導性の材質（本実施形態ではアルミニウム）によって形成された板体を加工して製造しており，この板体の中央部に，内周縁に放熱体の第１部分に形成した放熱フィン１５間に嵌合する鋸歯片４２が形成された開口４１を設けると共に，この板体の外周縁より外周方向四方に突出する接触片４３備えており，放熱アダプタ４０の開口４１内に挿入した放熱体１０の第１部分１１を，ボディ５に固定した第２部分１２に取り付けると，放熱アダプタ４０の接触片４３がボディ５の内壁に設けたリブ等と接触し（図２参照），これにより放熱体１０の熱をボディ５に救出させて放熱性を向上させることができるようになっている。

〔作用等〕
以上のように構成された本発明の放熱構造を備えた照明器具１において，ＬＥＤ支持部２０に取り付けたＬＥＤ素子２１を発光させて点灯すると，ＬＥＤ素子２１で発生した熱は，放熱体１０に伝熱されて放熱体１０に設けられた放熱フィン１５，１６等と周囲の空気との接触による熱交換によって放熱される。

このようにして，放熱体１０に熱が伝わると，放熱体１０内に放熱体１０を貫通して上下方向に設けた放熱孔１３内の空気が暖められる結果，煙突効果によって放熱孔１３内には図１中に矢印Ａで示すように上方に向かって空気が流れる，熱対流が発生する。

この熱対流によって，放熱孔１３の下端側は負圧となり，ＬＥＤ支持部２０に設けた貫通孔２５を介して放熱孔１３内に図１中矢印Ｂで示すように外気の吸引が行われる結果，この貫通孔２５の周辺に取り付けられたＬＥＤ基板２２のＬＥＤ素子２１に対しては，貫通孔２５に吸引される外気が冷却風として当たることで，より一層，ＬＥＤ素子２１の冷却効率を向上させることができるものとなっている。

なお，上記構成の放熱構造を備えた照明器具１において，前記放熱体１０に対し前記ＬＥＤ支持部２０を着脱可能とした構成にあっては，ＬＥＤ素子２１が破損等した場合であってもこれを，ＬＥＤ支持部２０と共に外すことで，容易に着脱，交換等を行うことが可能である。

すなわち，放熱体１０に対してＬＥＤ支持部２０が着脱不能に取り付けられている場合には，ＬＥＤ素子２１が破損した場合には照明器具１の全体を交換し，あるいは，少なくとも放熱体１０の第１部分１１と共に交換する。いずれの場合においても，一旦，天井板６から照明器具１の全体を外す作業は必要となる。

しかし，上記のように構成した場合には，照明器具１を天井板６に取り付けたままの状体で，ＬＥＤ支持部２０を放熱体１０に固定している螺旋を室内側より取り外すという比較的簡単な作業によって取り外すことが可能であり，交換作業の際の作業性を大幅に改善することができるものとなっている。

なお，放熱体１０を第１部分１１と，第２部分１２の組合せによって形成した構成にあっては，前述したように放熱孔１３の長手方向に放熱体１０の全長を可変とすることができるものとなっている。

その結果，放熱体１０に取り付けたＬＥＤ支持部２０，従って光源であるＬＥＤ素子２１のボディ５内における配置を微調整することができ，これにより，リフレクタ３１とＬＥＤ素子２１との相対的な位置関係を変化させることで，照明器具より照射される光の照射範囲等を最適な状態に調整することができるものとなっている。

なお，上記説明では，本発明の放熱構造をダウンライトに適用した場合を例として説明したが，本発明の放熱構造が適用される照明器具は，ダウンライトに限定されず，スポットライト，ウォールウォッシャー，ペンダントライト等の各種の照明器具に採用可能であり，実施形態で説明した構成に限定されるものではない。

１ 照明器具
５ ボディ
５ａ 下端開口
５ｂ 上端開口
５ｃ 空気流通口
６ 天井板
６ａ 開口
７ 保持枠
１０ 放熱体
１１ 第１部分（放熱体の）
１２ 第２部分（放熱体の）
１２ａ フランジ部
１２ｂ 螺旋孔
１２ｃ 舌片
１２ｄ 切欠
１３ 放熱孔
１４ 取付部
１５，１６ 放熱フィン
１７ 円筒部（柱状部）
１７ａ 螺旋孔
１８ 挿孔
１９ 嵌合部
２０ ＬＥＤ支持部（取付部１４）
２１ ＬＥＤ素子
２２ ＬＥＤ基板
２３ 支持板
２４ ソケット
２５ 貫通孔
２６ 螺旋孔
２７ 配線
３０ オプティカルユニット
３１ リフレクタ
３２ レンズ及び／又はフィルタ
３３ コーン
４０ 放熱アダプタ
４１ 開口
４２ 鋸歯片
４３ 接触片
８１，８２ 螺旋

Claims (5)

1. ＬＥＤ素子を取り付けたＬＥＤ支持部と，
   照明器具のボディに取り付けられる放熱体を備え，
   前記放熱体は，取付部を備え，前記取付部に前記ＬＥＤ支持部を取り付け，且つ，前記ＬＥＤ素子をレンズ及び／又はフィルタに対向して前記ボディ内の所定の位置に配置し，
   前記放熱体に，前記放熱体を貫通すると共に前記取付部で下端を開口する放熱孔を形成すると共に，前記ＬＥＤ支持部に，前記放熱孔と連通する貫通孔を設け，前記貫通孔に吸引される外気を冷却風として前記ＬＥＤ素子に接触させており，
   前記放熱体が，前記取付部を備えた第１部分と，前記ボディに対して固定される第２部分によって構成されており，
   前記第１部分又は第２部分のいずれか一方に前記放熱孔の少なくとも一部分を構成する中空空間が形成された柱状部を設けると共に，他方に前記柱状部を挿入可能な挿孔を形成し，前記挿孔に対する前記柱状部の挿入長を可変として，前記放熱孔の長手方向に前記放熱部の長さを可変としたことを特徴とする照明器具の放熱構造。
2. 前記放熱体の外周に放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項１記載の照明器具の放熱構造。
3. 前記ＬＥＤ支持部が，一方の面にＬＥＤ素子が取り付けられたＬＥＤ基板と，前記ＬＥＤ基板の他方の面に取り付けられた高熱伝導性の材質によって形成された支持板によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の照明器具の放熱構造。
4. 前記放熱体に対し，前記ＬＥＤ支持部を着脱可能に取り付けたことを特徴とする請求項３記載の照明器具の放熱構造。
5. 前記ボディに対する前記放熱体の取付位置より離間した位置において，前記放熱体と前記ボディの双方に接触して前記放熱体と前記ボディ間に熱伝導を生じさせる放熱アダプタを設けたことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の照明器具の放熱構造。

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