(57)【要約】【課題】十分な放熱対策をとりつつ、設計の自由度が高い照明器具を提供する。【解決手段】  照明器具は、照明ユニット及び照明器具本体からなる。照明ユニットは、放熱部材と、この放熱部材の長軸方向の一方の端部に固定された灯火部と、放熱部材の長軸方向の他方の端部に設けられ、回路基板を着脱自在に保持する回路保持部と、回路保持部に設けられ、灯火部からの配線に接続するためのコネクタとを有する。照明器具本体は、照明ユニットに直流電源を供給する電源供給部と、照明ユニットを着脱自在に保持するユニット保持部とを有する。【選択図】図３
2010218779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部材と、
前記放熱部材の長軸方向の一方の端部に固定された灯火部と、
前記放熱部材の長軸方向の他方の端部に設けられ、回路基板を着脱自在に保持する回路保持部と、
前記回路保持部に設けられ、前記灯火部からの配線に接続するためのコネクタと
を有する照明ユニット。
【請求項２】
少なくとも２つのＯリング
をさらに有し、
これらのＯリングが、前記灯火部が固定された位置と前記回路保持部が設けられた位置との間の２箇所以上において、それぞれ前記放熱部材の外周に巻きつけられてなる
請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項３】
前記回路保持部により着脱自在に保持され、前記灯火部に供給される電流を制御する電流制御回路基板
をさらに有し、
前記電流制御回路は、前記コネクタを介して、前記灯火部に電流を供給する
請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項４】
前記回路保持部により着脱自在に保持され、他の照明ユニットと直列接続するための接続回路基板
をさらに有し、
前記接続回路基板は、他の照明ユニットから供給される電流を、前記コネクタを介して、前記灯火部に供給する
請求項１に記載の照明ユニット。
【請求項５】
放熱部材と、
前記放熱部材の長軸方向の一方の端部に固定された灯火部と、
前記放熱部材の長軸方向の他方の端部に設けられ、前記灯火部に供給させる電流を制御する電流制御回路と
を有する照明ユニット。
【請求項６】
前記放熱部材は、略円筒状の形状を有し、円筒側面に複数の切り込みが設けられてなり、
前記灯火部は、発光ダイオードを含み、
前記電流制御回路は、外部の直流電源から供給される電流を調整しながら、前記放熱部材の内部に設けられた配線を介して、調整された電流を前記灯火部に供給する
請求項５に記載の照明ユニット。
【請求項７】
照明ユニット及び照明器具本体を含む照明器具であって、
前記照明ユニットは、
放熱部材と、
前記放熱部材の長軸方向の一方の端部に固定された灯火部と、
前記放熱部材の長軸方向の他方の端部に設けられ、回路基板を着脱自在に保持する回路保持部と、
前記回路保持部に設けられ、前記灯火部からの配線に接続するためのコネクタと
を有し、
前記照明器具本体は、
前記照明ユニットに直流電源を供給する電源供給部と、
前記照明ユニットを着脱自在に保持するユニット保持部と
を有する
照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの照明ユニットを含む照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、小型部品の採用によってパッケージングされた発光ダイオード灯火制御装置とその回路構造が提案されているが、この提案内容を元に高い照度を得る目的で高出力発光ダイオードの灯火制御に転用するには、高輝度発光ダイオード素子を使用した灯火がそれ自身で高い廃熱を生じてしまうため、放熱構造なくしては常用することができず、固定基板に追加されるヒートシンク様の放熱樹脂を持たせた基板構成をしなければ発光ダイオード素子部と定電流回路部双方の放熱量がパッケージング内の廃熱量に追従しないおそれがある。すなわち、発光ダイオード素子の発光出力を大きく減じない限りは、発光ダイオード素子の寿命を大きく損耗する懸念がある。
【０００３】
また、特許文献２には、ハイパワーLEDソースを利用して同様に電球類似形状に実装したランプの提案がなされている。仮に、複数の素子を使って灯火制御をする構成に変更することで一般電球と同等の明るさを得ようとした場合、灯火数に応じて加増される発光ダイオード素子自身の発熱に応ずるために、熱容量設計の見直しにともなうパッケージ全体の再構成が懸念されるのみならず、灯火数に伴って電力規模が増大する電源回路側の放熱設計および発熱や消費電力増大を避けるための制御方法の変更をも同時に検討視程におさめる必要があるため、上記提案のままでは単灯あるいは照度を減じた複数灯での運用に制限され、別途の改良変更なくしては白熱電球に置換する規模の発光出力は困難である。
【０００４】
また、特許文献３には、ハロゲンランプ型灯火装置に実装しうるパッケージングを施した高出力発光ダイオード用灯火装置の提案がなされている。この提案においては、電源回路部と定電流回路部の実装手法に関して放熱性や部品の実装位置による熱分布改善といった手法が展開されていることで、高密度の構成を提案しているが、現在の高出力発光ダイオード素子開発において、素子自身の放熱効率を向上させる技術に対し付加価値が認められている事実からも明らかなように、ハロゲンランプを置換する明るさを得る目的で利用する条件において、提案中にて想定している「自己発熱（中略）はない」高出力発光ダイオード素子はいまだ流通していないため、点灯回路部分において基板部品以外に十分な放熱器等の放熱機構を付与せず廃熱を移動しない現状のパッケージングのままでは、提案の内容に沿って現状入手可能な高出力発光ダイオード素子を実装する点灯回路を再現し、ハロゲンランプ型灯火装置を同寸法および同目的で置換できる明るさに達する出力を得る程度の電流を点灯回路部の高出力発光ダイオード素子内に流下した場合、仮に能力が150lm/Wに達する高効率高出力発光ダイオード素子を採用しても、標準的な500lm級の40W級ハロゲンランプを置換する明るさを得るには3W以上の電力を必要とし、この際、光に変換されない50%以上の電力が高出力発光ダイオード素子およびこれを実装した基板部品に熱に転じた状態で相当量積算し、しかも電球や蛍光管と異なり赤外線として拡散される性質が無いまま滞留する性質を持つために、80℃前後とされる発光ダイオード素子の耐熱仕様を容易に突破してしまう懸念が生じ、点灯回路の出力を定格より落として運用しないと高出力発光ダイオード素子自身の熱損耗を招いてしまうゆえに、別途の改良変更なくしてハロゲンランプを置換できる照度の高出力発光ダイオード型の灯火装置を構成するには現在生産可能な高出力発光ダイオード素子を上回る高性能発光ダイオード素子の流通を期待する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５１３０６号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６５７８号公報
【特許文献３】特開２００８−１６４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする課題は、十分な放熱対策をとりつつ、設計の自由度が高い照明器具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る照明ユニットは、放熱部材と、前記放熱部材の長軸方向の一方の端部に固定された灯火部と、前記放熱部材の長軸方向の他方の端部に設けられ、回路基板を着脱自在に保持する回路保持部と、前記回路保持部に設けられ、前記灯火部からの配線に接続するためのコネクタとを有する。
【０００８】
好適には、少なくとも２つのＯリングをさらに有し、これらのＯリングが、前記灯火部が固定された位置と前記回路保持部が設けられた位置との間の２箇所以上において、それぞれ前記放熱部材の外周に巻きつけられてなる。
【０００９】
好適には、前記回路保持部により着脱自在に保持され、前記灯火部に供給される電流を制御する電流制御回路基板をさらに有し、前記電流制御回路は、前記コネクタを介して、前記灯火部に電流を供給する。
【００１０】
好適には、前記回路保持部により着脱自在に保持され、他の照明ユニットと直列接続するための接続回路基板をさらに有し、前記接続回路基板は、他の照明ユニットから供給される電流を、前記コネクタを介して、前記灯火部に供給する。
【００１１】
また、本発明に係る照明ユニットは、放熱部材と、前記放熱部材の長軸方向の一方の端部に固定された灯火部と、前記放熱部材の長軸方向の他方の端部に設けられ、前記灯火部に供給させる電流を制御する電流制御回路とを有する。
【００１２】
好適には、前記放熱部材は、略円筒状の形状を有し、円筒側面に複数の切り込みが設けられてなり、前記灯火部は、発光ダイオードを含み、前記電流制御回路は、外部の直流電源から供給される電流を調整しながら、前記放熱部材の内部に設けられた配線を介して、調整された電流を前記灯火部に供給する。
【００１３】
また、本発明に係る照明器具は、照明ユニット及び照明器具本体を含む照明器具であって、前記照明ユニットは、放熱部材と、前記放熱部材の長軸方向の一方の端部に固定された灯火部と、前記放熱部材の長軸方向の他方の端部に設けられ、回路基板を着脱自在に保持する回路保持部と、前記回路保持部に設けられ、前記灯火部からの配線に接続するためのコネクタとを有し、前記照明器具本体は、前記照明ユニットに直流電源を供給する電源供給部と、前記照明ユニットを着脱自在に保持するユニット保持部とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の照明ユニットは、十分な放熱対策をとりつつ、設計の自由度が高い照明器具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、照明器具１の電気回路の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、回路基準電圧値調整抵抗回路１０５における諸部品要素の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、照明ユニット１０の構成を示す模式図である。
【図４】図４は、照明ユニット１０が組み込まれた照明器具１の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［背景とコンセプト］
高輝度発光ダイオード素子を利用した灯火技術においては、想定する照度や消費電力に応じた灯火数の変化（１灯に対して複数の素子を利用するかあるいは単灯の器具を複数個併設するか）に伴う定電流制御機器の部品構成の変化と、これにより惹起される複数の回路設計を平行する開発上のコスト増とをやむなく甘受しつつも、同時にその高出力に見合う放熱器の設計とパッケージングの設定とが不可欠となる。一方で、灯火機器単位で個々の設計・パッケージングを行うと、灯火機器生産における各要素部品の画一化が低下する。そのため、電球や蛍光管ほどのスケールメリットを得ることが難しく、機器単価が容易に低下しないというジレンマが存在する。
【００１７】
こうした事実を参考に、以下の実施形態は、高輝度発光ダイオード灯火機器として必要最小限度の灯火部と、高効率発光に必要な定電流を発生させる直流電源部とをあえて分割のうえ各要素の部品を組合わせ可能な構成とし、特に灯火部分のパッケージ形状について従来よりも高い汎用・応用性格を持った形状に加工することにより、コスト増・制約を低減して製品選択の幅や設計の柔軟性を保持しつつ、分離した直流電源部に関しても、灯火の総数に対して最適な容量のものを少量選択するだけで完結させ、従来のものよりも安価で組込みの自由度を向上させた製品を設定することを可能とした。
【００１８】
ただし、本実施形態の発想の焦点が単に発光ダイオード灯火機器を分解して機器の構成密度を下げることにあるのでは無く、パッケージングや組込みに高い汎用性を持つ基礎部品としての条件を具備するためのものであることと、この事情に基づいて照度や放熱効率といった品質水準を十分に満たしうる範囲内で部品は各個に小型化を図り、総じて照明設備への組込みに有利な基本形状とすることにある。さらには、以下の実施形態で説明する回路技術を用いて構成回路の高密度化を図り、灯火装置全体の部品総数削減と構成の容易化を試みている。
【００１９】
［回路設計の考え方］
高出力の発光ダイオードを採用した照光器においては、ダイオードの発光に最適な電流値を保証し、かつ電力効率を向上させ、同時に制御回路側の発熱を抑制する目的でスイッチング方式の制御回路によって電流を安定化させる方式が知られている。このような制御回路では、スイッチングの周波数幅と周期を管理する集積回路を設けて、この集積回路の制御動作に必要な基準情報値として主電源の電圧あるいは照光用出力電圧を取得する機構を備えているものがある。
【００２０】
ところで、従来のスイッチング制御式定電流回路においては、図１にて例示するように、照光に必要な電流は、スイッチング制御式定電流回路本体１０１における制御回路主電源端子正極１２０を経由して、照光用出力端子正極１２２に流れており、その電流値は高出力発光ダイオード素子回路部１０３を経由して定電流制御回路部１０９の制御回路主電源端子負極１２４に還流する電流値および電圧値となっている。
しかしながら、スイッチング制御式定電流回路において、スイッチング動作の条件判定に必要な基準値を得る目的で基準電圧計測用抵抗を配置する場合、基準電圧計測用抵抗の抵抗値は、制御回路主電源端子正極１２０と照光用出力端子正極１２２との間に直列して配置する必要があり、この抵抗値を増加させることは照光用出力端子正極１２２と高出力発光ダイオード素子回路部１０３との間に生じる照光用電圧正圧１３３を低下させ、回路全体の電力効率と熱効率を悪化させる要因となりうる。
【００２１】
一方で、前項の理由に鑑み、基準電圧計測用抵抗の抵抗値を減少させる場合においては、基準電圧計測用抵抗の抵抗値を下げることに反比例して主電源電圧値と照光用出力電圧値とが近似していくこととなり、電圧損失の低減をはかることが可能であるが、同時に基準電圧計測用抵抗を通過する電流値は増大し、理論上は基準電圧計測用抵抗を使用せずに制御回路主電源端子正極１２０と照光用出力端子正極１２２を直結した高出力発光ダイオード素子の点灯時に必要な電流値に近似することとなる。
【００２２】
これを現実の平均的な高出力発光ダイオードの点灯およびそのスイッチング方式を利用した定電流制御回路へ構成して、前項の理論的事由に従い基準電圧計測用抵抗の抵抗値を減少させる場合、スイッチング制御式定電流回路に印加されている主電源電圧と照光用電圧とを近似させ、回路の損失と発熱を抑制して電力効率を90%以上に設定するために必要な電圧の数値領域は、実効値において双方の電圧差が1/3V以下、かつ1/10V単位での調整が望ましいものの、同時に照光器に利用される高出力発光ダイオード素子の点灯制御に必要な電流値は実用面において最低1/2A以上、かつ1/10A単位での出力と調整が望ましく、電子回路による制御としては特に電流値において相当の負荷を克服する必要がある。
電気回路において電流値と電圧値の双方を任意に制御するには、従前より電気回路中に抵抗器を介在させる手法が一般的であり、設定電圧または設定電流、そしてその積である設定電力は抵抗器製品の基本性能値かつ製品選択指標となっているが、前項に提示した電流値の負荷範囲で前項に提示した範囲の電圧値を任意に制御しうる抵抗器製品としては、高電力に対応した放熱性の高い大型の抵抗器、あるいは微小な抵抗値を任意に可変しうる可変抵抗器といった製品素子がそれぞれ列挙しうるものの、素子製品のばらつきにおいて現実の歩留まりに影響しない1%範囲内に収まり、高出力発光ダイオードの制御に対応すべき電流容量において1/2A以上に耐えうる条件を満たしつつも、1/10Ω以下の範囲で希望の低抵抗値を設定でき、かつ製品素子の容積が1/10000Ｌを下回る抵抗器の選択方法は、精度および負荷容量を指定した専用品の生産に限定されている現実があり、かつその手段でも希望する低抵抗容量において可変性を具備することは不可能である。
【００２３】
もっとも、抵抗器に依拠しない電流値と電圧値の制御技術としては本案にて言及されているスイッチング回路技術に基づいた電流制御回路または電圧制御回路も一手法であり、従前よりこれを目的とした回路技術および回路を包含する半導体素子が存在するほか、電流や電圧の変化を磁界や光に変換して知覚し、この情報をもとに半導体回路を構成して電子制御を行なう手法、複数の半導体素子による論理回路を構成する手法も存在している。
【００２４】
しかし、定電流制御のための制御情報の取得と操作を目的としてさらに電子回路構成を追加する設計技術については、部品点数の削減による製品単価の低廉化と小型化、さらには製品歩留まりの向上を果たすべき生産技術の選択としては、逆行している。
【００２５】
この問題は、普及している白熱電球・蛍光管方式の照明器との置換え手段として高出力発光ダイオードの点灯制御回路を構成する際に、部品点数の削減による製品単価の低廉化と小型化、さらには製品歩留まりの向上、加えて低発熱と高効率の両立および複数の高出力発光ダイオード素子にも対応しうる柔軟性までの諸要素を充足するための回路構成技術に対する共通の障壁となるべき部分である。
【００２６】
事実、高出力発光ダイオードの点灯制御回路に関する技術を鑑みるに、スイッチング回路による周波数変調理論や、これを包含することを目的とした集積回路の設計、高出力発光ダイオードの点灯制御回路自身の温度管理手法、基板寸法の制約による意匠を含めた実装技術諸々の分野において、本案の視程にある回路制御抵抗の要素は、回路動作理論上の時点から所与かつ不可分のものとして存在し、大電流に対応しつつも設定範囲を微細に選択可能とし、かつ低損失の定数設計を実現するために様々に腐心している現状がある。
【００２７】
端的な事例として、スイッチング回路による周波数変調を行なう高出力発光ダイオードの点灯制御回路をはじめとする電源電力生成用の定電流制御回路においては論理回路を内蔵する集積回路が従前より実用化されているが、集積回路を利用した電源回路にはスイッチング制御に必要な調整および設定情報のために情報計測を担当する外部端子に精度保証された抵抗器を付与し、抵抗器を介して端子に正負いずれかの電圧を印加し、素子の設定論理に基づいたスイッチング制御を行なっている手法を見出すことができる。
【００２８】
このことはつまり、高出力発光ダイオードの点灯制御回路設計の柔軟性を保持するためには外部に分離された回路により定数切り替えや調整の機能を設置する設計思想が集積回路本体の開発および定電流制御回路の設計ならびに実装基板の生産においてそれぞれに有利であることと、照光時に明るさのばらつき要因となる集積回路または高出力発光ダイオード自身の精度が未だ定数計算と誤差を生じて調整を要する段階であること、また同時に集積回路自身がスイッチング動作を行なう主回路の開閉のために入力する電流とは別個に、常時電源主電流を無加工のまま入力し、集積回路内部で電圧および電流を調整あるいは検知して制御に利用することが現在の半導体技術には素子の材質開発、絶縁性能、発熱処理、素子の歩留まりとパッケージングにわたる諸要素にわたり未だ困難であるということを示している。
【００２９】
加えて、本案ではスイッチング制御式定電流回路本体の電力効率を向上させる目的で回路定数に低抵抗値を設定した設計手法を用いているが、体積1/10000Ｌ未満で構成でき、1/2Ω以下の範囲を調整範囲に持ち、かつ1/2Aを超える電力容量と1/2Wを超える電力負荷に対応可能な可変抵抗器および可変抵抗機能を含む抵抗回路素子は販売入手不可能である。
【００３０】
そこで上述のように、高出力発光ダイオードの点灯を目的とするスイッチング回路を利用した定電流回路の制御情報を取得する際には、使用定格電流が1/2Aを超えている高出力発光ダイオードの点灯に必要な定電流容量に対応したまま、基準電圧抵抗の抵抗値を低く抑えることで基準電圧検出用抵抗間の基準電圧ならびに基準電圧検出により生ずる電力損失を低減しつつ、基準電圧を1/3V以下となる範囲で微細に操作することで90%を超える高効率を維持したまま回路設計が可能となる抵抗器もしくは同等機能の採用が有効であり、これにより従前の定電流回路理論を利用しあるいは既存の集積回路を採用した回路設計においても、より一層に部品素子個体差を要因とした回路のばらつきの低下、および実装容積の減少、ひいては回路製品価格の低廉化が実現可能である。
【００３１】
［実施形態］
次に、本発明に係る実施形態を説明する。
図１は、照明器具１の回路構成を例示する図である。
図１に例示するように、照明器具１の回路は、制御回路主電源端子正極１２０と、これに対応する制御回路主電源端子負極１２４とを備えた直流回路で、負荷として１個ないし複数個の高出力発光ダイオードを直列に接続した高出力発光ダイオード素子回路部１０３に照光用電圧正圧１３３を印加する接続方式とし、電源部１０２と高出力発光ダイオード素子回路部１０３との間にスイッチング電源により電圧を発生させ高出力発光ダイオードを定電流制御により安定発光させる定電流制御回路部１０９を備えたスイッチング制御式定電流回路である。
なお、高出力発光ダイオード素子回路部１０３は、後述する灯火部１２に設けられ、定電流制御回路部１０９は、後述する定電流スイッチング制御回路基板４０に設けられ、電源部１０２は、後述する照明器具本体７０に設けられる。
【００３２】
スイッチング機能を実行する動作回路部分には集積回路を利用するが、このとき、電圧の昇降による応答性が高く、かつ集積回路制御部分の回路効率が優れている点を基準にして、制御回路の要する実電位差が相対的に小さい特性を持った集積回路を採用することにより、制御技術の要求精度は細緻化するものの、本例の制御形態を要素技術として用いることと相俟って高輝度・高出力発光ダイオードの点灯回路における電力面、体積面、コスト面での効率的運用をはかる。
【００３３】
制御回路主電源端子正極１２０と照光用出力端子正極１２２の間には、定電流制御回路部１０９があり、制御回路には開閉動作により目的とする定電流値を発生させるスイッチング回路動作部１０８、電流を順方向に出力し容量を維持するための発光用電力平滑回路１０７、そして制御用電圧正圧１３２を電圧比較論理回路１０６の制御情報として入力するための制御用基準電圧入力端子１２１が備えられている。
【００３４】
制御回路主電源端子正極１２０と照光用出力端子正極１２２との間に、所定の抵抗器を配置することで、抵抗器に印加される主電源電圧正圧１３１と照光用電圧正圧１３３との間に電流値に応じた電位差として制御用電圧正圧１３２を生じさせ、照光用出力端子正極１２２に印加される照光用電圧正圧１３３とともに比較回路に入力することで、電圧比較論理回路１０６における論理演算を行なう。
【００３５】
この際、抵抗器を通過する電流は高出力発光ダイオード素子回路部１０３を通過する電流に符合するため、算出原理において制御回路内の制御用電圧正圧１３２に対して、高出力発光ダイオード素子回路部１０３に印加される照光用電圧正圧１３３の有無あるいは増減が制御用電圧正圧１３２と直交性のある特性で利用することができるほか、電圧平滑用コンデンサを含む発光用電力平滑回路１０７に過干渉されること無く電圧検出を行なうことができる。
【００３６】
このとき、設計の電力定数算定において、使用する高出力発光ダイオード素子の規格および使用個数から、定電流回路として想定する設計電流値を算定する必要があり、高出力発光ダイオード素子における特性を考慮して1/2Aを超える電流を制御しうる定格入力値を満たした回路構成を検討する必要があり、本例の制御部分においても1/2Aを超えて電流を制御しうる回路構成を行なっている。
【００３７】
基準電圧検出用主抵抗器１１１（図２）と基準電圧検出用副抵抗器１１２及び１１３（図２）とを含む回路基準電圧値調整抵抗回路１０５は、1/2Aを超えて電流負荷を与えても抵抗器によって負担される電力を抑制するために、抵抗器群の抵抗値の総和が1/2Ω以下の低抵抗値に構成されるよう抵抗器を配置する。
【００３８】
回路基準電圧値調整抵抗回路１０５に用いる抵抗器には面実装形態の炭素皮膜抵抗器を用い、回路特性を考慮して精度の向上したN規格品を採用するが、抵抗値は専用品作成の手段を用いることなく、複数の回路部品ベンダーから入手利用しうる工業規格標準設定に応じた系列品を用いて入手性と再現性とを向上させると同時に、論理素子を用いる回路や可変抵抗器を採用した回路手段等に比較して、費用低減と実装体積の圧縮、および高出力発光ダイオードに必要な電流容量への対応をはかる。
【００３９】
定格電力容量に1/2Wまで対応可能な基準電圧検出用主抵抗器１１１（図２）と、基準電圧検出用主抵抗器１１１の２倍以上の抵抗値に1/2以上の定格電力容量を有する第１の基準電圧検出用副抵抗器１１２及び第２の基準電圧検出用副抵抗器１１３とを並列させることで、並列した抵抗器群の実抵抗値に対して負荷される電流値を基準電圧検出用主抵抗器１１１が１、基準電圧検出用副抵抗器１１２及び１１３による副抵抗器群が２前後の比率で分流し、回路基準電圧値調整抵抗回路部分の負担する電力容量が1W未満、かつ抵抗値の総和が1/2Ω以下となる回路として構成する。
【００４０】
回路基準電圧値調整抵抗回路１０５には図２に示すように基板上に回路銅箔を露出し半田付け可能な箇所として低抵抗値選択端子を配置して調整時用の電位計測部分と回路調整部分を設けておき、基準電圧の測定および測定結果から回帰して回路の開閉が選択可能な機構とを備えることで、従前の可変抵抗器でも困難な低抵抗域での抵抗値選択が可能となり、集積回路素子あるいは高出力発光ダイオードの個体差、あるいは回路ごとのおよび定電流値の誤差調整に対応することができる。
【００４１】
回路基準電圧値調整抵抗回路１０５に用いる複数の基準電圧検出用副抵抗器は２個以上の面実装形態の炭素皮膜抵抗器を用い、相互の基準電圧検出用副抵抗器１１２と基準電圧検出用副抵抗器１１３との抵抗値を等比的に設定することで抵抗値を段階的に選択する運用が可能となり、1/2Aを超える定格電力範囲内で利用しうる場合にも、専用設計によらず2社以上の回路部品ベンダーより入手可能な炭素皮膜抵抗器を用いて複数の定数から最適値を選択し、1Ωに満たない低抵抗値領域の設計回路であっても、最少2個の基準電圧検出用副抵抗器と3系統の低抵抗値選択端子による分岐を回路要素にすることで、5通りの低抵抗値を選択でき、高出力発光ダイオード灯火回路において灯火の個数とこれに応じた想定電流値の設定余地を拡大する。
【００４２】
なお、この電圧設計を行なった場合に、制御回路にて必要な物理面積および体積は、絶縁性を高めるために基板銅箔パターン上の絶縁距離を1/2mm以上確保し、専用受注生産によらず２社以上の回路部品ベンダーより入手可能な炭素皮膜抵抗器を用いた場合でも、縦横10mm以下、部品高1mm以下、平面回路上にて形成することができ、高出力発光ダイオードのスイッチング点灯制御におけるスイッチング集積回路あるいは高出力発光ダイオード素子の製品個体差を原因とした照度のばらつきを調整できる回路定数の設定域を残しうるため、可変抵抗器等を用いた従来の方式と比しても、高出力発光ダイオードの点灯回路制御基板における組込み要素を向上させて、既存照光設備との形状互換や電源設備の小型化をはかることが可能である。
【００４３】
銅箔を利用したパターン回路においては、配線長によって生ずる金属抵抗値の変化量が低抵抗回路における数値割合に対して微少ではないことから、気温40℃における銅箔厚35.0μm、配線幅1.0mm、長さ10.0mm単位当たりの配線の抵抗値が0.005Ω未満である銅の材質要素を加味して、配線幅1.0mm以上、回路内における物理配線長が20〜30mmの範囲内、回路調整を実施することで生ずる配線変更によって惹起される配線長変化においては変化前後比率において20%の範囲内に収まるよう条件として設計要素に盛り込んだ基板設計を行なうことで、1Ω以下となる低抵抗値の設定回路を要素部品と仮想して実抵抗値を管理した場合の誤差を1%以内に納め、制御回路自身の精度を維持することができる。
【００４４】
次に、回路以外の構成を説明する。
図３は、照明ユニット１０の断面を模式的に示す図である。
図３に例示するように、照明ユニット１０は、灯火部１２と、放熱部材１４と、基板保持部１６とを有する。なお、本例では、放熱部材１４と基板保持部１６とが一体で成形されている。放熱部材１４の長軸方向の一端（本例では、放熱部材１４の天面）に、灯火部１２が固定され、他端（本例では、放熱部材１４の底面）に、基板保持部１６が設けられている。
灯火部１２は、金属質サブストレート２０と、この上に実装されている面実装型超高輝度ＬＥＤ部品１２とで構成されている。
放熱部材１４は、金属および放熱性の高いセラミックないし樹脂で構成される灯火基部で、金属質サブストレート２０上に実装されている面実装型超高輝度ＬＥＤ部品１２から発生する廃熱を拡散させる。さらに、放熱部材１４は、基板保持部１６で着脱自在に保持される回路基板（例えば、定電流スイッチング制御回路基板４０）から供給される照光用電圧を伝達する配線２２と、この配線２２を通過させる内部孔２４とを有する。
照明ユニット１０は、さらに、定電流スイッチング制御回路４０と、発光ダイオード素子の発光放射角度を調整するレンズ機構または防滴機構を備えた蓋状のカバー３０とを着脱自在に有し、意匠を備えたパッケージ外殻といった機器構成要素を固定・保持する筐体骨子としての役割を持つ。
【００４５】
放熱部材１４の基本外形は略円筒形とし、金属質サブストレート上に形成されている面実装型の発光ダイオード素子１点の直径に近似した最大直径を有するため、外殻を含む実質的な円筒部直径は、図４（Ｃ）に例示するように、E26規格の口金ソケットを経路とする照明器具にパッケージングが可能なサイズとする。なお、放熱部材１４の基本外形は、三角柱、四角柱、六角柱又は八角柱などの他の柱体形状でもよい。
【００４６】
照明ユニット１０の底部（すなわち、基板保持部１６）は箱状の空間２６を備え、図３（Ｄ）に例示する、定電流スイッチング制御回路基板４０、もしくは、複数の照明ユニット１０を連結させる分岐用配線コネクタ基板５０のいずれかを選択的に包含することができる。基板保持部１６には、定電流スイッチング制御回路基板４０又は分岐用配線コネクタ基板５０と、配線２２とを互いに接続させるためのコネクタ２８が設けられている。
分岐用配線コネクタ基板５０は、灯火数に応じて同一構成の照明ユニット１０を所定の数だけ直列に連結させるものである。したがって、複数の照明ユニット１０を直列で連結させる場合には、図４（Ａ）に例示するように、少なくとも１つの定電流スイッチング制御回路基板４０と、残りの照明ユニット１０に差し込む分岐用配線コネクタ基板５０とが必要になる。これによって、照明ユニット１０単独での使用あるいは複数の照明ユニット１０を束ねて一体の灯火として使用する構成形態を選択したうえで、電源用配線を結線する。
【００４７】
上記のように、本実施形態の照明ユニット１０の構成に基づけば、発光ダイオード点灯回路のスイッチング制御における部品構成はその部品容積において50mm3を下回り投影面積上でも35mm2に満たない基板上にて構成が可能なため、定電流発振制御回路をすべて照明ユニット１０の底部に納め固定することができ、単灯・複数灯いずれの構成形態でも、照明ユニットへの各配線は正極・負極の電源線２種類のみとなって、灯火全体をパッケージングする際に配線の融通が容易になるほか、制御回路のスイッチング発振動作によって生ずる可能性のあるノイズを金属筐体内に拘束する効果を得ることが出来る。
【００４８】
放熱部材１４は、表面積を拡大するために複数枚のフィン構造（すなわち、柱体側面に複数の切り込みが設けられた構造）を備えるとともに、防錆および素子の放射熱を吸収し移動する効率を高める目的で金属および放熱性の高いセラミックないし樹脂を採用しており、E26規格等の口金にパッケージングする以外の運用方法として、この放熱部材１４を直接に暴露して屋外などの結露環境でも運用可能とし、またこの部位には正極・負極いずれの回路要素も加味させないため、回路上で絶縁を保持する。
【００４９】
放熱部材１４に採用されるフィン構造は、実装を想定する高出力発光ダイオード素子の仕様定格に応じた発熱を移動・拡散する目的で設置されるため、その表面積および容積に関しては、想定される使用環境・外殻への固定方法・外殻を含む意匠・あるいは放熱以外の目的で形成される立体要素、といったパッケージングの制約に障害とならない範囲で優先的に最大化させ、放熱に伴うマージンを確保するものとする。
【００５０】
放熱部材１４の頭部および底部には、パッキンあるいはシーリング樹脂を介した密閉を行うためのスリットが設けられている。例えば、これらのスリットには、それぞれＯリング３２及び３４が装着される。雨滴に暴露される環境下を想定した灯火機器パッケージングを設計の際には、この部位で外殻容器とあわせて密閉構造を形成し、発光ダイオード素子ならびに制御回路の絶縁を確保する。さらに、図４（Ａ）又は（Ｂ）に例示するように、この部位を用いて板状の筐体素材（照明器具本体７０の筐体）を採用し、複数個の照明ユニット１０を等間隔に林立させた状態でこの筐体素材（照明器具本体７０）に固定する。なお、筐体素材はユニット保持部の一例である。これにより、電源部（例えば、照明器具本体に設けられたＡＣ／ＤＣ変換部）と、定電流制御回路（すなわち、定電流スイッチング制御回路基板４０）を合計で一組としながらも、放熱設計ならびに電源回路設計に大幅な変更を生じさせることなく、複数の灯火を同時点灯させて高い照度を得る灯火機器パッケージング構成に対応する。
【００５１】
従来の灯火機器パッケージング手法によれば、灯火機器がそのパッケージ内において個々に電源回路・定電流制御回路・高出力発光ダイオード素子を備え、かつその電源回路部・定電流制御回路部・高出力発光ダイオード点灯回路部の発する各廃熱をすべて移動・拡散させるための放熱部を備える必要があるため、このためパッケージング時には電源回路部・定電流制御回路部・高出力発光ダイオード点灯回路部各要素の発熱源の熱量が回路設計の第一義として設計検討項目の対象となり、放熱部は必然的に大型化し、かつ照度や灯火数といった出力の規模は発熱量と引換えに小さな総和に留めなければならない物理制約を帯びるが、これに対して本実施形態の照明器具１の構成に基づけば、定電流制御回路部は回路効率を向上させて小型化し、電源回路部に至っては、照明ユニット１０の外部構成とすることで直接にパッケージ内に加味されないことで、パッケージ内の発熱要素が二要素にわたり減少し、これと同時に灯火機器本体の容積内においてパッケージ内の部品点数も大幅に省かれることにより、高出力発光ダイオード点灯回路部の放熱を優先しうる前提のもとに放熱部に割く容積・形状の自由度を拡大でき、より単位あたりの照度を重視した高出力発光ダイオード灯火装置のパッケージ設計が実現される。
【００５２】
照明器具１の他の形態として、上記の条件で作成すれば、放熱部材１４の部品要素に関して通常の空冷型パッケージング以外にも、透明度のある熱安定性不導体の液体を冷媒に使用する対流型冷却構造を追加するための現実的な容積が確保でき、電球に近似した形状の容器に液体冷媒とともに密閉が容易な高出力発光ダイオード点灯回路部のみを封入することで、これにより従来の発光ダイオード灯火装置に多く用いられている大型の金属外殻を鋳造あるは切削加工したパッケージングと比較しても、より軽量かつ必要十分な放熱容量を得られる構造に転用も可能なため、発熱の高い高出力発光ダイオードを実装する構成において、相対的に軽量かつ高輝度の灯火機器パッケージングが可能である。
【００５３】
照明ユニット１０は、定電流電源の生成回路を定電流スイッチング制御回路基板４０として含んでおり、高出力発光ダイオード素子の点灯に要する定電流制御を灯火部１２の直近で完結していることで、主電源には生産・入手の容易な汎用直流電源（照明器具本体７０に設けられる）を構成部品に選択できる。さらに、定電流制御部と主電源部の規模と個数を、要求される総灯火数の消費電力に合わせた最適値で選択あるいは電源の配分を行なうトータルな機器構成が可能なため、照明機器の規模や配線形態に応じて、標準のAC100V電源に対する蛍光管式照明装置の構成や設置に比肩する柔軟な照明機器構成を実現でき、かつ従来の高出力発光ダイオード照明機器よりも総合的な使用部品点数が低減する事から、設置時の総コスト削減について高い効果を得られる。
【００５４】
また、上記の条件下で構成された照明ユニット１０は、エレベータホール・サニタリー空間・ショーウインド等、特定空間内へ複数個の照明器具を所定の距離を置いて据付けする運用環境において、電源線の配線を介した分散配置が可能であるため、従来提供されている単独制御型の発光ダイオード式灯火機器と比較しても、配線設備の敷設作業は照明器具本体７０の主電源から電源線二本の配線を行なう点で従来と同質、照明ユニット１０の交換もコネクタからの取外し・取付けで完結する点で従来の電球類似の照明機器と同要領にて作業可能なため、メンテナンスの方式手順が大幅に変更されることは無く、かつ灯火あたりの電源および制御回路の個数を最適値に設定することで使用部品総数を削減することが出来るため、単独制御式の高出力発光ダイオード照明機器と比較すれば、同数の灯火を設置して運用サイクルを構築する場面でも機材単価・廃棄部品の削減にわたる両面において優位となる。
【符号の説明】
【００５５】
１        照明器具
１０      照明ユニット
４０      定電流スイッチング制御回路基板
５０      分岐用配線コネクタ基板
７０      照明器具本体
１０１    スイッチング制御式定電流回路本体
１０２    電源部
１０３    高出力発光ダイオード素子回路部
１０４    素子放熱部
１０５    回路基準電圧値調整抵抗回路
１０６    電圧比較論理回路
１０７    発光用電力平滑回路
１０８    スイッチング回路動作部
１０９    定電流制御回路部
１１０    集積回路外殻
１１１    基準電圧検出用主抵抗器
１１２    第１の基準電圧検出用副抵抗器
１１３    第２の基準電圧検出用副抵抗器
１２０    制御回路主電源端子正極
１２１    制御用基準電圧入力端子
１２２    照光用出力端子正極
１２３    照光用出力端子負極
１２４    制御回路主電源端子負極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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