(57)【要約】【課題】ＬＥＤ照明器具の明るさの違いによるサイズ違いがあっても、アルミダイカスト用金型により製造したヒートシンクが不要なＬＥＤ照明器具を提供する。【解決手段】ＬＥＤ照明器具１０は、複数のＬＥＤ１と、複数のＬＥＤ１を配置し、貫通孔２ａ１が形成された熱伝導性板材２と、を備えたＬＥＤ配列板３を複数有し、複数のＬＥＤ配列板３ａ，３ｂ…は、中央にそれぞれの貫通孔２ａ１，２ｂ１…を揃え、所定間隔に離間して多段に配列したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤを配置し、貫通孔が形成された熱伝導性板材と、
を備えたＬＥＤ配列板を複数有し、
複数の前記ＬＥＤ配列板は、中央にそれぞれの前記貫通孔を揃え、所定間隔に離間して多段に配列したことを特徴とするＬＥＤ照明器具。
【請求項２】
前記複数のＬＥＤは、前記貫通孔の周囲に配設され、
複数の前記ＬＥＤ配列板は、非照射方向の前記熱伝導性板材の貫通孔よりも照射方向の前記熱伝導性板材の貫通孔の方が大きく形成され、
前記複数のＬＥＤは、前記照射方向の熱伝導性板材に配列された配列個数の方が、前記非照射方向の熱伝導性板材に配列された配列個数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項３】
前記ＬＥＤ配列板は、前記ＬＥＤの照射する側から見て前記貫通孔の周囲に沿って凹部が形成されたリフレクターを備えた、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項４】
前記貫通孔が一番小さい前記ＬＥＤ配列板の非照射側に、前記所定間隔に離間して他のＬＥＤ配列板をさらに備え、
前記他のＬＥＤ配列板は、中央に複数のＬＥＤを配置したことを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項５】
前記熱伝導性板材は、金属板またはピッチ系ＣＦＲＰ板であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項６】
前記熱伝導性板材の貫通孔は、円形、または、多角形であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明器具。
【請求項７】
前記ＬＥＤは、単数または複数のＬＥＤ素子が半導体基板に形成されたＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、世界温暖化に伴い、その元凶とされるＣＯ２の削減対策の一つとして、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ：Light Emitting diode）を使用したＬＥＤ照明器具への切り換えが進んでいる。ＬＥＤは、消費電力量を半減できるため、ＣＯ２の発生を抑えることができる。
ＬＥＤは、電流を流すと発光する半導体素子の一種で、その特徴は、従来の蛍光灯と比較すると消費電力の低さが約２０〜５０％の他、寿命の長さが４倍あり、また、水銀を使用していないため、環境にやさしいという特徴をもっている。
【０００３】
ＬＥＤ照明器具用のＬＥＤは、電気エネルギーがＰＮ境界面でホールと自由電子とを結合させ、エネルギーギャップに相当する単一波長にピークを持った光に変換する。そして、ＬＥＤは、余った電気エネルギーをジュール熱として発生する。
ＬＥＤは特に半導体素子の裏面が発熱するため、その発熱を放熱させ、ＬＥＤの特徴の一つである長寿命化を生かすために、複数のフィンからなるヒートシンクと呼ばれる放熱部材が必須とされてきた。
【０００４】
図５は、従来のＬＥＤ照明器具の構成を示す断面図である。
図５に示すように、従来のＬＥＤ照明器具７０は、ＬＥＤ５１が実装された配線基板５２を備えた光源ユニット５５と、光源ユニット５５を器具筐体５７の取付面５６に密着させて、器具筐体５７に固定させる丸小ねじ５９と、光源ユニット５５に給電する給電部６１を備えている。
また、器具筐体５７は、アルミダイカスト製の平面視で円板状のヒートシンク６５と、このヒートシンク６５の光源ユニット５５側とは反対側の面に突設された複数のフィン６４，６４…とを備え、配線基板５２は金属ベースプリント配線板により形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９６４１６号公報（図１〜図３，段落００３６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フィン６４，６４…を有するヒートシンク６５は、アルミダイカストで製作されるため、アルミダイカスト用の金型を用意しなければならない。また、ＬＥＤ照明器具の明るさの違いによる大、中、小のサイズの種類数に合わせて、放熱量が変化するので、この金型の種類も増えるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明はこの様な問題に鑑みてなされたものであり、アルミダイカスト用金型によるヒートシンクを用いることなく、適切に放熱することができるＬＥＤ照明器具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題の解決を達成するため、請求項１に記載のＬＥＤ照明器具の発明は、複数のＬＥＤ（１）と、前記複数のＬＥＤ（１）を配置し、貫通孔（２ａ１）が形成された熱伝導性板材（２）と、を備えたＬＥＤ配列板（３）を複数有し、複数の前記ＬＥＤ配列板（３ａ，３ｂ…）は、中央部にそれぞれの前記貫通孔（２ａ１，２ｂ１…）を揃え、所定間隔に離間して多段に配列したことを特徴とする。なお、（  ）内の符号は例示である（以下同様）。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載されたＬＥＤ照明器具であって、前記複数のＬＥＤ（１）は、前記貫通孔（２ａ１，２ｂ１…）の周囲に配設され、複数の前記ＬＥＤ配列板（３）は、非照射方向の前記熱伝導性板材（２ａ）の貫通孔（２ａ１）よりも照射方向の前記熱伝導性板材（２）の貫通孔（２ｂ１）の方が大きく形成され、前記複数のＬＥＤ（１）は、前記照射方向の熱伝導性板材（２ｂ）に配列された配列個数の方が、前記非照射方向の熱伝導性板材（２ａ）に配列された配列個数よりも多いことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のLED照明器具であって、前記ＬＥＤ配列板（３）は、前記ＬＥＤ（１）の照射する側から見て前記貫通孔（２ａ１）の周囲に沿って凹部（２ｅ）が形成されたリフレクター（２ｈ）を備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載のＬＥＤ照明器具であって、前記貫通孔（２ａ１）が一番小さい前記ＬＥＤ配列板（３ａ）の非照射側に、前記所定間隔に離間して他のＬＥＤ配列板（３ｄ）をさらに備え、前記他のＬＥＤ配列板（３ｄ）は、中央に複数のＬＥＤ（１）を配置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明器具であって、前記熱伝導性板材（２）は、金属板またはピッチ系ＣＦＲＰ板であることを特徴とする。なお、前記熱伝導性板材（２）は、ダイアモンドとすることもできる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明器具であって、前記熱伝導性板材（２）の貫通孔（２ａ１）は、円形、または、多角形であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のＬＥＤ照明器具であって、前記ＬＥＤ（１）は、単数または複数のＬＥＤ素子が半導体基板に形成されたＬＥＤチップであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明のＬＥＤ照明器具によれば、貫通孔が設けられた複数の熱伝導性板材が放熱部材としての機能を果たす。このため、アルミダイカスト用金型によるヒートシンクが不要になる。つまり、ＬＥＤ照明器具の明るさの違いによるサイズ違いの種類数があっても、従来のアルミダイカスト用の金型が不要になる。また、明るさの種類数は、このＬＥＤ配列板の枚数の追加で容易に調整することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、ＬＥＤ配列板は、非照射方向の熱伝導性板材の貫通孔よりも照射方向の熱伝導性板材の貫通孔の方が大きく形成されているので、照射方向側の熱伝導性板材は非照射方向側のＬＥＤの発光を遮らない。また、複数のＬＥＤは、照射方向の熱伝導性板材に配列された配列個数の方が、非照射方向の熱伝導性板材に配列された配列個数よりも多いことから、周方向の平均輝度が均等になる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、ＬＥＤ配列板に、貫通孔の周囲に沿って凹部を形成し、リフレクターを備えたことにより、より反射効率を上げることが容易にできる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、前記貫通孔が一番小さいＬＥＤ配列板の非照射側に、所定間隔に離間して他のＬＥＤ配列板をさらに備え、他のＬＥＤ配列板は、中央部に複数のＬＥＤを配置したことにより、空きスペースを有効利用することができるため、省スペース化ができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、熱伝導性板材は、金属板またはピッチ系ＣＦＲＰ板であることから、熱伝導率が高い。このため、従来のジュール熱を放熱するヒートシンクを不要にすることができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、熱伝導性板材の貫通孔は、円形、または、多角形であることから、熱伝導性板材の枚数を増やして複数のＬＥＤを分散させるとともに、さらに、光源の重なりを防止できる。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、ＬＥＤは、単数または複数のＬＥＤ素子が半導体基板に形成されたＬＥＤチップであることから、容易に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のＬＥＤ照明器具の構成を示し、（ａ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ矢視の下面図である。
【図２】図１の（ｂ）に示すＡ−Ａ線の変形例の断面図である。
【図３】（ａ）は図１の（ｂ）に示すＡ−Ａ線の変形例の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ矢視図である。
【図４】図１の（ａ）に示すＢ矢視の変形例を示し、貫通孔が四角形を示す下面図である。
【図５】従来のＬＥＤ照明器具の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本実施形態のＬＥＤ照明器具について、図１〜図４を参照しながら説明する。
本実施形態のＬＥＤ照明器具は、天井埋め込み型のダウンライト、天井吊り下げ型のダウンライト、側壁埋め込み型のサイドライト、壁掛け型のサイドライト、床下埋め込み型のアップライト等に用いることができるＬＥＤ照明器具である。
【００２４】
≪ＬＥＤ照明器具の構成≫
図１は、本発明のＬＥＤ照明器具の構成を示し、（ａ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＢ矢視の下面図である。
図１の（ａ）に示すように、本発明のＬＥＤ照明器具１０は、互いに離間した複数枚のＬＥＤ配列板３（３ａ，３ｂ，３ｃ…）により構成されている。ＬＥＤ配列板３の枚数は、ここでは、３枚とするが、４枚、５枚それ以上であっても構わない。
また、ＬＥＤ配列板３（３ａ，３ｂ，３ｃ…）は、複数のＬＥＤ１，１…を配置し、貫通孔２ａ１，２ｂ１，２ｃ１が設けられた熱伝導性板材２（２ａ，２ｂ，２ｃ…）により、構成されている。
図１の（ｂ）に示すように、ＬＥＤ照明器具１０の貫通孔２ａ１は円形であり、非照射方向（図２参照）の熱伝導性板材２ａの貫通孔２ａ１よりも照射方向（図２参照）の熱伝導性板材２ｂの貫通孔２ｂ１の方が大きく、また、貫通孔２ｂ１よりも貫通孔２ｃ１の方が大きく形成されている。
複数のＬＥＤ１，１…は、照射する方向の熱伝導性板材２に配列された配列個数の方が、非照射方向の熱伝導性板材２に配列された配列個数よりも多く配列されている。
【００２５】
≪ＬＥＤ配列板の構成≫
ＬＥＤ配列板３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の外形も、貫通孔２ａ１，２ｂ１，２ｃ１の円形に合わせて円形になっている。
ＬＥＤ配列板３の熱伝導性板材２ａは、比較的熱伝導性が高く、例えば、アルミ、銅、ＳＵＳ等の金属板またはピッチ系ＣＦＲＰ板が好適である。ここで、ピッチ系ＣＦＲＰの熱伝導率は、８０〜８００［Ｗ／ｍｍＫ］であり、比較対象であるＰＡＮ系ＣＦＲＰの熱伝導率は、１０〜１１［Ｗ／ｍｍＫ］である。また、従来の配線基板の主体であるガラスエポキシ樹脂の熱伝導率は、０．３８［Ｗ／ｍｍＫ］と極めて低い。
また、熱伝導性板材２ａは、プリント配線基板の銅パターン面とし、ガラスエポキシ面で補強する構成とすることもできる。この場合、この銅パターン面は、中心部から放射状に分割され、複数のＬＥＤ１は、分割された銅パターン面に分割されて配設されることが好ましい。この構成によれば、隣接する銅パターン面が絶縁されるので、直列接続されたＬＥＤの絶縁耐圧は、熱伝導性板材２ａとしての金属板の全周に搭載されたＬＥＤ群の絶縁耐圧よりも小さくなる。
【００２６】
＜ＬＥＤの構成＞
ＬＥＤ１は、単数または複数の発光部が半導体基板に形成されたＬＥＤチップである。図示しない半導体基板は、サファイア基板（Ａｌ２Ｏ３）が代表的であり、サファイア基板の熱伝導率は、０．０４２［Ｗ／ｍｍＫ］である。また、ＬＥＤ１は、ＬＥＤチップを複数個封止したＬＥＤモジュールであってもよい。ＬＥＤ１は、貫通孔（開口部ともいう）２ａ１，２ｂ１，２ｃ１の所定の開口部に沿って、内周縁部に単数列または複数列のＬＥＤ素子が配置されている。
【００２７】
＜貫通孔の構成＞
図１の（ｂ）に示すように、貫通孔２ａ１，２ｂ１，２ｃ１のサイズは、２ａ１＜２ｂ１＜２ｃ１であり、貫通孔２ａ１，２ｂ１，２ｃ１の形状は、ここでは円形とするが、円形の他に図示しない６角形や８角形の多角形であってもよい。また、この他に、例えば、３角形、４角形、５角形、これ以外の多角形であっても構わない。
【００２８】
図４は、図１の（ａ）に示すＢ矢視の変形例を示し、貫通孔が四角形を示す下面図である。図４に示すように、複数枚のＬＥＤ配列板３（３ａ１，３ｂ２，３ｃ３…）のそれぞれの貫通孔２ａ２，２ｂ２，２ｃ２の形状は、ここでは四角形であり、外形の形状も四角形である。このような形状であっても構わない。
ＬＥＤ１は、貫通孔２ａ２，２ｂ２，２ｃ２の所定の四角形の開口部に沿って、内周縁部に単数列または複数列のＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）が配置されたものである。
【００２９】
図２は、図１の（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図の変形例である。図１との相違点は、図２に示すように、ＬＥＤ配列板３（３ａ，３ｂ，３ｃ）は、ＬＥＤ１の照射側から見て貫通孔２ａの周囲に沿って複数列のＬＥＤ１が配置された凹部２ｅを形成し、この凹部２ｅを形成する傾斜面２ｆ，２ｆが反射鏡となるリフレクター２ｈを備えている。
リフレクター２ｈは、傾斜面２ｆ，２ｆを含む凹部２ｅおよび全面にアルミ、クロム、銀等の金属の蒸着やメッキ処理、白色塗料の塗布等を施し、光の反射性を向上させた反射面としている。
このリフレクター２ｈを備えたことにより、反射効率を上げることができる。
【００３０】
さらに、熱伝導性板材２（２ａ，２ｂ，２ｃ）の各外周は、折り曲げ加工を施してリブ２ｇ，２ｇ，２ｇが形成されている。これらのリブ２ｇ，２ｇ，２ｇにより表面積を増大できるため、放熱材の機能を向上させることができると共に、熱伝導性板材２の強度アップを図っている。
【００３１】
例えば、リフレクター２ｈを目的とした凹部２ｅの形状は、傾斜面２ｆ，２ｆ以外に、球面状、段差状等、他の形状であってもよい。
また、リブ２ｇ，２ｇ，２ｇをフィンと見立てれば、フィンによる放熱量は、式（１）に示すように、表面積Ｓに比例するため、大きければ大きいほど放熱量が増加できる。
Ｑ＝η・ｈｍ・Ｓ・ΔＴ …………（１）
Ｑ：発熱量〔Ｗ〕
η：フィン効率
ｈｍ：平均熱伝達率〔Ｗ／ｍ２ｋ〕
Ｓ：フィンの表面積
ΔＴ：物体の表面とｎ空気との間の温度差〔ｋ〕
したがって、放熱量を多くするには、リブ２ｇ，２ｇ，２ｇの高さを上げて表面積を拡大してもよい。さらに、ΔＴを大きくするために、ファンを設けてエアーの吹き付け、または、エアーの吸い出しをして、ΔＴの値を大きくしても構わない。
【００３２】
図３は、図１の（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図、（ｂ）はＣ矢視図である。
図２との相違点を説明する。
図３に示すように、ＬＥＤ配列板３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の貫通孔２ａが一番小さいＬＥＤ配列板３ａの非照射側に、所定間隔に離間して、もう一枚のＬＥＤ配列板３ｄをさらに備えている。
このＬＥＤ配列板３ｄの中央部に、貫通孔２ａ１の内側のスペースを有効利用して、複数のＬＥＤ１を配置したことにより、ＬＥＤ１による照射照度を高めることができる。
【００３３】
なお、本発明はその技術思想の範囲内で種々の改造、を具体化するための例示である。したがって、変更が可能である。
図１〜図４に示した実施例は、本発明の技術的思想である「…複数の前記ＬＥＤ配列板３ａ、３ｂ…は、…、所定間隔に離間して多段に配列したことを特徴とするＬＥＤ照明器具。」を例示するものである。したがって、ＬＥＤ配列板３（３ａ，３ｂ，３ｃ）の連結手段や、電源の取り入れ口等の手段の記載は、本発明の本質ではないため、省略している。
【符号の説明】
【００３４】
１    ＬＥＤ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  熱伝導性板材
２ａ１，２ｂ１，２ｃ１，２ａ２，２ｂ２，２ｃ２  貫通孔（開口部）
２ｅ  凹部
２ｆ  傾斜部
２ｇ  リブ
２ｈ  リフレクター
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ａ１，３ｂ１，３ｃ１  ＬＥＤ配列板
１０  ＬＥＤ照明器具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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