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JP5773136B2 - ランプ装置および照明器具 - Google Patents
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JP5773136B2 - ランプ装置および照明器具 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体発光素子を用いたランプ装置、およびこのランプ装置を用いた照明器具に関する。
従来、半導体発光素子を用いたランプ装置としては、例えばGX53形の口金を用いたフラット形のランプ装置がある。
このようなランプ装置では、筐体内に、半導体発光素子を有する発光モジュール、半導体発光素子を点灯させる点灯回路、および半導体発光素子からの光の配光を制御する反射体などが収納されている。
特開2010−262781号公報
発光モジュールは、光学的特性を一定にするために筐体に位置決めするとともに、放熱性を良好にするために筐体に圧接させて固定することが必要である。しかし、それにはホルダや複数のねじなどの固定部品を用いて発光モジュールを筐体に固定する必要があるため、部品点数が多く、組立工数が増加する問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、部品点数を削減し、組立性を向上できるランプ装置、およびこのランプ装置を用いた照明器具を提供することである。
実施形態のランプ装置は、半導体発光素子を有する発光モジュール、半導体発光素子を点灯させる点灯回路、発光モジュールおよび点灯回路を収納する筐体を備える。筐体は、平板部、およびこの平板部の上面に一体に形成され発光モジュールを保持するホルダ部を有するケースと、このケースの上側に固定手段で固定される口金部材を備え、発光モジュールをケースのホルダ部と口金部材との間に挟み込んで固定する。
本発明によれば、発光モジュールをケースのホルダ部で保持するとともにケースのホルダ部と口金部材との間に挟み込んで固定するため、発光モジュールを口金部材に固定する固定部品が必要なく、部品点数の削減、および組立性の向上が期待できる。
一実施形態を示すランプ装置の断面図である。 同上ランプ装置の分解状態の斜視図である。 同上ランプ装置のケースおよび口金部材の一部を切り欠いた斜視図である。 同上ランプ装置のケースの平面図である。 同上ランプ装置を用いた照明器具の斜視図である。
以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。
図5に示すように、照明器具11は、ダウンライトなどの埋込形照明器具であり、天井板などに設けられた円形の埋込孔に埋め込まれて設置される。この照明器具11は、器具本体12、この器具本体12に取り付けられたソケット13、およびソケット13に着脱可能に装着されるフラット形のランプ装置14などを備えている。
まず、ランプ装置14について説明する。図1ないし図4に示すように、ランプ装置14は、フラット形で円筒状の筐体21と、この筐体21の上面に取り付けられた熱伝導シート22と、筐体21内に収容された発光モジュール23、光学部品24および点灯回路25と、筐体21の下面に取り付けられた透光カバー26とを備えている。
筐体21は、円筒状のケース28、およびこのケース28の上面に取り付けられる円板状の口金部材29を有している。これらケース28の上部側および口金部材29によって、所定の規格寸法の口金部30が構成されている。
ケース28は、例えば絶縁性を有する合成樹脂製で、上面の平板部31、この平板部31の周辺部から下方に突出する円筒状の周面部32、および平板部31の上面から上方に突出する円筒状の突出部33を有している。ケース28の下面には、開口部28aが形成されている。
ケース28の平板部31の中央に円形の光学部品挿通孔34が形成され、この平板部31の光学部品挿通孔34の周囲にねじ挿通孔35aを有する複数のボス35が形成され、さらに、平板部31の周縁部に一対のランプピン挿通孔36が形成されている。複数のボス35は、平板部31の上面で円筒状の突出部33の内側に突出されている。平板部31の周辺部および光学部品挿通孔34の縁部には、点灯回路25(回路基板)を支える環状の外周側の基板支え部37および環状の内周側の基板支え部38がそれぞれ形成されている。内周側の基板支え部38の1箇所には配線通路39が形成されている。
ケース28の周面部32の内周面には、光学部品24を支える複数の光学部品支え部40が形成されているとともに、開口部28aの近傍に複数の突部41が形成されている。1つの光学部品支え部40には光学部品24の回転止めをするリブ40aが形成されている。周面部32の外周面で上部側には、表面積を広くするための凹凸部32aが形成されている。
ケース28の突出部33の先端縁には、複数のキー嵌合溝42が周方向に等間隔毎に形成されている。
ケース28の平板部31の上面で突出部33の内側には、発光モジュール23を保持するホルダ部43が一体または一体的に設けられている。本実施形態では、ホルダ部43がケース28に一体的に設けられたものであって、ケース28とは別体に形成されたホルダ部43がケース28に取り付けられている。
ホルダ部43は、例えば絶縁性を有する合成樹脂にて長方形枠状に形成され、長手方向の一端にはケース28の1つのボス35に嵌合する窪み部44が形成されており、突出部33の内壁面と複数のボス35との間に嵌め込まれるとともに平板部31に当接して位置決め保持されている。なお、ホルダ部43は、ケース28に嵌め込んだだけもよいし、ケース28に圧入して固定したり、ケース28に接着剤で接着固定するようにしてもよい。
ホルダ部43には、発光モジュール23を嵌め込んで保持する凹部45が形成され、この凹部45の内側領域に開口部46が形成され、凹部45の周辺部の複数箇所であって凹部45の四隅に発光モジュール23を位置決めする位置決め突部47が形成されている。凹部45に発光モジュール23を嵌め込んだ状態では、凹部45から発光モジュール23の一部が突出される。なお、このホルダ部43の構成は、ホルダ部43がケース28に一体に形成された場合にも同様に構成されている。
口金部材29は、例えばアルミダイカストなどの金属、セラミックス、あるいは熱伝導性に優れた樹脂などの材料で円板状に形成されている。口金部材29の直径はケース28の突出部33の直径より大きく、口金部材29の周辺部がケース28の突出部33の外周面より突出されている。
口金部材29の下面周辺部には、固定手段48としての複数のねじ49が、ケース28の複数のボス35のねじ挿通孔35aを通じて螺着される複数の取付孔50が形成されている。そして、複数のねじ49により、ケース28のホルダ部43と口金部材29との間で発光モジュール23を挟み込んだ状態でケース28と口金部材29とが締め付け固定される。
口金部材29の下面中央には、口金部材29の下面から突出する発光モジュール取付部51が一体に形成されている。発光モジュール取付部51の下面には発光モジュール23が接触する平面状の接触面51aが形成されている。
口金部材29の周辺部には、複数のキー溝52と複数のキー53とが周方向に等間隔毎に交互に形成されている。口金部材29をケース28に組み合わせた際に、各キー53が突出部33の各キー嵌合溝42に嵌合されて突出部33の外周面から突出される。なお、本実施形態では、キー溝52およびキー53とも3つずつ設けられているが、少なくとも2つずつあればよく、4つずつ以上あってもよい。
また、熱伝導シート22は、口金部材29の上面に取り付けられており、ランプ装置14を器具本体12に装着した際に、ランプ装置14から器具本体12側に効率よく熱伝導させるものである。熱伝導シート22は、例えば、口金部材29に貼り付けられる弾性を有するシリコーンシート、およびこのシリコーンシートの上面に貼り付けられるアルミニウム、スズ、亜鉛などの金属箔で6角形などの多角形や円形に構成されている。金属箔は、シリコーンシートに比べて、表面の摩擦抵抗が小さい。
また、発光モジュール23は、基板55、この基板55の下面に形成された発光部56、基板55の下面に実装されたコネクタ57を備えている。
基板55は、例えば、熱伝導性に優れた金属あるいはセラミックスなどの材料で、ホルダ部43の凹部45に嵌合可能とする四角形の平板状に形成されている。基板55の四隅には、ホルダ部43の各位置決め突部47と嵌合して位置決めする位置決め凹部58が形成されている。
発光部56は、光源として例えばLED素子やEL素子などの半導体発光素子が用いられている。本実施形態では、半導体発光素子としてLED素子が用いられ、基板55上に複数のLED素子を実装するCOB(Chip On Board)方式が採用されている。すなわち、基板55上に複数のLED素子が実装され、これら複数のLED素子がワイヤボンディングによって直列に電気的に接続され、蛍光体を混入した例えばシリコーン樹脂などの透明樹脂である蛍光体層で複数のLED素子を一体に覆って封止している。LED素子には例えば青色光を発するLED素子が用いられ、蛍光体層にはLED素子からの青色光の一部により励起されて黄色光を放射する蛍光体が混入されている。したがって、LED素子および蛍光体層などによって発光部56が構成され、この発光部56の表面である蛍光体層の表面が四角形または円形の発光面となり、この発光面から白色系の照明光が放射される。なお、発光部56としては、LED素子が搭載された接続端子付きのSMD(Surface Mount Device)パッケージを基板55に複数個実装する方式を用いてもよい。
コネクタ57は、複数の半導体発光素子と電気的に接続されているとともに、点灯回路25と接続するためのコネクタ付き電線Cが接続される。
また、光学部品24は、円筒状の反射体67によって構成されている。この反射体67は、例えば絶縁性を有する合成樹脂製で、上下面が開口されるとともに上端側から下端側に向けて段階的または連続的に拡径する円筒状の光ガイド部68が形成され、この光ガイド部68の下端にケース28の下面周辺を覆う環状のカバー部69が形成されている。光ガイド部68の内面およびカバー部69の下面には、例えば白色や鏡面とする光反射率の高い反射面70が形成されている。反射面70を形成する一手段としてはアルミニウムなどの蒸着手段を用いることができる。この場合、カバー部69の外周部をマスキングして非蒸着面とすることにより電気絶縁性を向上することができる。
光ガイド部68の上部側は、点灯回路25(回路基板)およびケース28の光学部品挿通孔34を貫通されている。光ガイド部68の外周面で上下方向の中間部に点灯回路25(回路基板)に嵌合する基板嵌合部73が形成され、この基板嵌合部73にケース28の基板支え部37,38との間で点灯回路25(回路基板)を保持する基板押え部74が形成されている。
カバー部69には、ケース28の各光学部品支え部40に支えられる複数の保持爪75が形成されている。また、一例として、1つの保持爪75が1つの光学部品支え部40のリブ40aに嵌り込み、反射体67がケース28に回転止めされる。
また、点灯回路25は、例えば、商用電源電圧を整流平滑する回路、数kHz〜数百kHzの高周波でスイッチングするスイッチング素子を有するDC/DCコンバータなどを備え、定電流の直流電力を出力する電源回路を構成する。点灯回路25は、回路基板77、およびこの回路基板77に実装された複数の電子部品である回路部品78を備えている。
回路基板77は、中央部に反射体67の光ガイド部68の上部側が貫通するとともに基板嵌合部73が嵌合する円形の嵌合孔79が形成された環状に形成されている。回路基板77の外径はケース28の基板支え部37に嵌り込む寸法に形成されている。嵌合孔79の縁部には、ケース28の配線通路39に対応して切欠部80が形成されている。
回路基板77の下面が回路部品78のうちのリード線を有するディスクリート部品を実装する実装面77aであり、上面がディスクリート部品のリード線を接続するとともに回路部品78のうちの面実装部品を実装する配線パターンを形成した配線パターン面77bである。
回路基板77の実装面77aに実装される回路部品78のうち、回路基板77から突出高さが高い大形部品、発熱量が大きい発熱部品、および電解コンデンサなどの熱に弱い部品の少なくとも1つ、好ましくは全てが、回路基板77の外側寄り位置に実装されている。回路基板77の実装面77aには、切欠部80の近傍位置に、コネクタ付き電線Cによって発光モジュール23と接続するための図示しないコネクタが実装されている。
そして、回路基板77は、配線パターン面77bがケース28の平板部31に平行に対向する状態で、ケース28内の上側に配置されている。回路基板77の実装面77aに実装された回路部品78はケース28の周面部32と反射体67の光ガイド部68およびカバー部69との間に配置されている。
回路基板77に電気的に接続される一対のランプピン81がケース28の各ランプピン挿通孔36に圧入されてケース28の上方に垂直に突出されている。つまり、一対のランプピン81が口金部30の上面から垂直に突出されている。また、ランプピン81は、リード線で回路基板77と電気的に接続してもよく、ランプピン81を回路基板77に立設して回路基板77に直接接続してもよい。
また、透光カバー26は、透光性および拡散性を有し、例えば合成樹脂やガラスによって円板状に形成されており、開口部28aを覆ってケース28に取り付けられている。透光カバー26の上面周辺部にはケース28の周面部32の内周に嵌め込まれる嵌め込み部84が形成され、この嵌め込み部84にケース28の周面部32の各突部41に係止される複数の係止爪85が形成されている。各係止爪85が各突部41に係止された状態で、嵌め込み部84と各光学部品支え部40との間で反射体67の各保持爪75を挟み込んで保持する。なお、ケース28の光学部品支え部40を用いず(この場合、光学部品支え部40に代えて補強用のリブとしてもよい)、透光カバー26の嵌め込み部84と回路基板77とで光学部品24を挟み込んで保持するようにしてもよい。
透光カバー26の下面の周辺部には、器具本体12に対するランプ装置14の着脱操作を容易にするための一対の指掛け部86が突設されているているとともに、器具本体12への装着位置を表示する三角形のマーク87が形成されている。指掛け部86の形状は、任意であり、外観を損なわない(目立たない)とともに配光に支障を与えず、かつ後述のようにランプ装置14の着脱の際に操作しやすいものが好ましい。
そして、このように構成されたランプ装置14では、点灯回路25がケース28内に配置され、このケース28内の点灯回路25の位置より口金部30側の位置である口金部材29内に発光モジュール23が配置され、この発光モジュール23が口金部材29に熱的に接合して取り付けられている。また、反射体67の光ガイド部68が回路基板77の嵌合孔79およびケース28の光学部品挿通孔34に配置され、反射体67のカバー部69でケース28内の点灯回路25を覆って隠蔽している。
なお、本実施形態のランプ装置14は、例えば、発光モジュール23の入力電力(消費電力)が20〜25W、全光束が1100〜1650lmである。
次に、図5に示すように、器具本体12は、下方へ向けて拡開開口された反射体91、この反射体91の上部に取り付けられた放熱体92、この放熱体92の上部に取り付けられた取付板93、および放熱体92に設けられた天井取付用の複数の取付ばね94などを備えている。反射体91の頂部には円形の開口部91aが形成され、放熱体92には反射体91の開口部91aを通じて反射体91内に臨む接触面92aが形成されている。取付板93には端子台95が取り付けられている。
また、ソケット13は、環状に形成され、下面には一対の接続孔97(図5には一方のみが示され、他方は反射体91で隠れている)が周方向に沿って長孔状に形成されている。ソケット13の内周面には、ランプ装置14を回動させて着脱可能に取り付けるための複数の略L字形の取付溝98と複数の取付突起99と周方向に等間隔毎に交互に形成されている。これら各取付溝98および各取付突起99とランプ装置14の各キー53およびキー溝52とが互いに対応していて、ソケット13にランプ装置14を着脱可能に取り付けることができる。また、一対の接続孔97の内側には図示しない端子がそれぞれ配置され、これら一対の端子には端子台95を通じて商用交流電源が供給される。
次に、ランプ装置14の組立について説明する。
発光モジュール23のコネクタ57に接続したコネクタ付き電線Cをケース28の光学部品挿通孔34からケース28内に通し、発光モジュール23をケース28のホルダ部43に嵌め込んで取り付ける。このとき、発光モジュール23の基板55の四隅にある各位置決め凹部58をホルダ部43の四隅にある各位置決め突部47に嵌め込むとともに基板55をホルダ部43の凹部45に嵌め込むことにより、発光モジュール23がホルダ部43に位置決め保持される。そして、ホルダ部43がケース28に位置決め保持されているため、ホルダ部43を介して発光モジュール23がケース28に位置決め保持されることになる。発光モジュール23をホルダ部43に嵌め込んだ状態では、発光部56およびコネクタ57がホルダ部43の開口部46に配置され、基板55の上部側が凹部45より上方にあってホルダ部43の上面より突出されている。
口金部材29の各キー53をケース28の突出部33の各キー嵌合溝42に嵌め込んで口金部材29をケース28の突出部33に被せ、各ねじ49をケース28の各ボス35のねじ挿通孔35aを通じて口金部材29の各取付孔50にねじ込み、これらねじ49でケース28と口金部材29とを締め付け固定する。これにより、発光モジュール23の基板55がケース28のホルダ部43と口金部材29の発光モジュール取付部51との間に挟み込まれ、基板55が発光モジュール取付部51の接触面51aに押し付けられて圧接され、基板55から口金部材29への良好な熱伝導性が得られる。なお、発光モジュール23の基板55と口金部材29の発光モジュール取付部51との間には、熱伝導性を良好にするための熱伝導シート(図1の符号S)や熱伝導グリスなどの熱伝導部材が介在されている。
したがって、ねじ49により、ケース28と口金部材29とを締め付け固定できるとともに、発光モジュール23の基板55をケース28のホルダ部43と口金部材29の発光モジュール取付部51との間に挟み込んで固定でき、これらの固定にねじ49を兼用できる。
ケース28にランプピン81を圧入し、ケース28内に点灯回路25を挿入する。点灯回路25は、回路基板77の周辺部をケース28の基板支え部37に嵌め込むとともに回路基板77の内周側上面を基板支え部38に当接させる。また、ケース28内に点灯回路25を挿入する際にはコネクタ付き電線Cをケース28の配線通路39に通しておき、このコネクタ付き電線Cを回路基板77のコネクタに接続する。
ケース28内に反射体67を挿入し、反射体67の光ガイド部68を回路基板77の嵌合孔79およびケース28の光学部品挿通孔34に挿入し、光ガイド部68の基板嵌合部73を回路基板77の嵌合孔79に嵌め込み、光ガイド部68の基板押え部74を回路基板77に当接させる。また、反射体67の保持爪75をケース28の光学部品支え部40に対向する位置に配置する。
ケース28の開口部28aに透光カバー26を嵌め込み、透光カバー26の係止爪85をケース28の突部41に係止させる。これにより、透光カバー26の嵌め込み部84が反射体67の保持爪75に当接して光学部品支え部40に押し付け、嵌め込み部84と光学部品支え部40との間に保持爪75を挟み込んで保持するとともに、反射体67の基板押え部74で回路基板77を基板支え部37,38に押し付け、基板押え部74と基板支え部37,38との間で回路基板77を挟み込んで保持する。
したがって、ケース28に透光カバー26を取り付けることにより、ケース28と透光カバー26との間に回路基板77および反射体67を挟み込んで保持する。
次に、照明器具11へのランプ装置14の装着について説明する。
まず、ランプ装置14を器具本体12の下面開口からソケット13に挿入する。すなわち、ランプ装置14の口金部材29をソケット13の内側に挿入し、口金部材29の各キー溝52をソケット13の各取付突起99に通すとともに、口金部材29の各キー53をソケット13の各取付溝98に挿入し、ランプ装置14の各ランプピン81をソケット13の各接続孔97に挿入する。これにより、口金部材29の上面が熱伝導シート22を介して放熱体92の接触面92aに当接する。
続いて、ランプ装置14を放熱体92に押し付けた状態で、ランプ装置14を装着方向に所定角度回転させる。このランプ装置14を回転操作する際、ランプ装置14の周面と器具本体12の内面との間に指が入るスペースが少なくても、透光カバー26から下面から突出している指掛け部86に指を引っ掛けることで、ランプ装置14を容易に回動操作できる。
ランプ装置14を装着方向に回転させることにより、口金部材29の各キー溝52がソケット13の各取付突起99の位置から回転し、口金部材29の周辺部がそれら取付突起99上に引っ掛かるとともに、口金部材29の各キー53がソケット13の各取付溝98上に引っ掛かり、ランプ装置14がソケット13に取り付けられる。また、ランプ装置14の各ランプピン81が各ソケット13の各接続孔97内を移動して各接続孔97内に配置されている各端子に接触して電気的に接続される。
そして、ランプ装置14の装着状態では、ランプ装置14の口金部材29の上面が熱伝導シート22を介して放熱体92の接触面92aに密着し、ランプ装置14から放熱体92に効率よく熱伝導可能となる。
また、ランプ装置14を照明器具11から外す場合には、まず、ランプ装置14を装着時とは反対の取外し方向に回転させることにより、口金部材29の各キー溝52がソケット13の各取付突起99上に移動するとともに、口金部材29の各キー53がソケット13の各取付溝98から外れる位置に移動する。続いて、ランプ装置14を下方へ移動させることにより、各ランプピン81が各ソケット13の各接続孔97から外れ、口金部材29の各キー溝52がソケット13の各取付突起99から外れるとともに、口金部材29の各キー53がソケット13の各取付溝98から外れ、さらに、口金部材29がソケット13の内側から外れ、ランプ装置14をソケット13から取り外すことができる。
次に、ランプ装置14の点灯について説明する。
電源線から端子台95、ソケット13の端子およびランプ装置14のランプピン81を通じて点灯回路25に給電されると、点灯回路25から発光モジュール23の半導体発光素子に点灯電力を供給し、半導体発光素子が点灯する。半導体発光素子の点灯によって発光部56から放射される光が、反射体67の光ガイド部68内を進行し、透光カバー26を透過して、器具本体12の下面開口から出射される。
また、点灯時に、発光モジュール23の半導体発光素子が発生する熱は、主に、発光モジュール23の基板55から熱的に接合されている口金部材29の発光モジュール取付部51に効率よく熱伝導され、この口金部材29の発光モジュール取付部51から熱伝導シート22を介して密着する放熱体92に効率よく熱伝導され、この放熱体92の複数の放熱フィンを含む表面から空気中に放熱される。
また、ランプ装置14から放熱体92に熱伝導された熱の一部は、器具本体12、複数の取付ばね94および取付板93にもそれぞれ熱伝導され、これらからも空気中に放熱される。
また、点灯回路25が発生する熱は、ケース28や透光カバー26に伝わり、これらケース28や透光カバー26の表面から空気中に放熱される。
以上のように、本実施形態のランプ装置14によれば、発光モジュール23をケース28のホルダ部43で保持するとともにケース28のホルダ部43と口金部材29との間に挟み込んで固定するため、発光モジュール23を口金部材29に固定する固定部品が必要なく、部品点数を削減し、組立性を向上できる。
また、ホルダ部43をケース28に一体に形成すれば、より部品点数を削減し、組立性を向上できる。
また、ホルダ部43をケース28とは別体で形成し、ケース28と組み合わせて一体化することにより、例えば発光モジュール23の種類の変更や、配光制御に応じて口金部材29の発光モジュール取付部51の高さを変更する場合、ケース28に組み合わせるホルダ部43を変更することで対応でき、ケース28の共通化を図ることができる。
なお、口金部材29の発光モジュール取付部51に発光モジュール23の基板55を位置決めして保持する凹部や突部を設けてもよい。
また、固定手段48は、ねじ49に限らず、爪を引っ掛けて固定する係止構造や、ねじ込み構造でもよい。
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。
11 照明器具
12 器具本体
13 ソケット
14 ランプ装置
21 筐体
23 発光モジュール
25 点灯回路
28 ケース
29 口金部材
31 平板部
43 ホルダ部
48 固定手段

Claims (2)

  1. 半導体発光素子を有する発光モジュールと;
    上面の平板部、およびこの平板部の上面に一体に形成され前記発光モジュールを保持するホルダ部を有するケースと、このケースの上側に固定手段で固定される口金部材を備え、前記発光モジュールを前記ケースの前記ホルダ部と前記口金部材との間に挟み込んで固定する筐体と;
    前記筐体内に収納され、前記半導体発光素子を点灯させる点灯回路と;
    を具備していることを特徴とするランプ装置。
  2. ソケットを有する器具本体と;
    ソケットに装着される請求項1記載のランプ装置と;
    を具備していることを特徴とする照明器具。
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