(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状の反射鏡と、
前記反射鏡を収める筒状のヒートシンクと、
前記反射鏡の正面に配置され、前記反射鏡に光を照射する発光素子が裏面に設けられたフレーム板と、
前記フレーム板の前面側に配置される固定リングと、
前記ヒートシンクの後面側に配置される保持リングと、を備え、
前記フレーム板、及び、前記ヒートシンクが、前記固定リングと、前記保持リングとにより挟んで固定されており、
前記フレーム板、前記固定リング、及び、前記保持リングが高熱伝導材料から形成されており、前記固定リングと前記フレーム板とが、面接触されて固定されており、前記ヒートシンクの一方の端部と前記フレーム板とが面接触され固定されており、前記ヒートシンクの他方の端部と前記保持リングとが面接触されて固定されていることを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、高さ方向に亘り、外周面から放射状に延びる複数のフィンを有し、前記フレーム板は、前記フィンの端面に面接触されて固定されたことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
【請求項３】
前記反射鏡の光軸方向に延ばした前記固定リングを、前記反射鏡内への外光の浸入を防ぐフードとして設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光源ユニット。
【請求項４】
前記ヒートシンクと、前記反射鏡とを別体に形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ等の発光素子と、反射鏡とを組にした光源ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ等の光源と、当該ＬＥＤの反射鏡とを組みにした光源ユニットが知られている。さらに、ＬＥＤの高出力化に伴う放熱対策を施した光源ユニットも提案されている。例えば、反射鏡を有するユニット本体の正面に、反射面に光を照射するＬＥＤが設けられた正面板を取り付けるとともに、当該正面板を高熱伝導性材から形成することで、ＬＥＤの発熱を正面板からユニット本体に伝達して放熱するようにした光源ユニットが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４５７９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＬＥＤの高出力化に伴う発熱は増大傾向にあり、益々増大する発熱に対応するには従来の光源ユニットでは放熱性能が不十分な場合もあった。
特に、近年では、多数のＬＥＤ素子を１パッケージ又はランプに収めることで高出力化したＬＥＤが広く用いられているが、かかる構成のＬＥＤでは、ＬＥＤ素子の数に比例して発熱が増大し十分な放熱対策が必要となっている。
なお、このような問題は、ＬＥＤに限らず、例えば有機ＥＬ等の他の発光素子を用いる場合でも同様に生じる課題である。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れた光源ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、凹状の反射鏡と、前記反射鏡を収める筒状のヒートシンクと、前記反射鏡の正面に配置され、前記反射鏡に光を照射する発光素子が裏面に設けられたフレーム板と、前記フレーム板の前面側に配置される固定リングと、前記ヒートシンクの後面側に配置される保持リングと、を備え、前記フレーム板、及び、前記ヒートシンクが、前記固定リングと、前記保持リングとにより挟んで固定されており、前記フレーム板、前記固定リング、及び、前記保持リングが高熱伝導材料から形成されており、前記固定リングと前記フレーム板とが、面接触されて固定されており、前記ヒートシンクの一方の端部と前記フレーム板とが面接触され固定されており、前記ヒートシンクの他方の端部と前記保持リングとが面接触されて固定されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、上記の光源ユニットにおいて、前記ヒートシンクは、高さ方向に亘り、外周面から放射状に延びる複数のフィンを有し、前記フレーム板は、前記フィンの端面に面接触されて固定されたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記の光源ユニットにおいて、前記反射鏡の光軸方向に延ばした前記固定リングを、前記反射鏡内への外光の浸入を防ぐフードとして設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記の光源ユニットにおいて、前記ヒートシンクと、前記反射鏡とを別体に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、凹状の反射鏡と、前記反射鏡を収める筒状のヒートシンクと、前記反射鏡の正面に配置され、前記反射鏡に光を照射する発光素子が裏面に設けられたフレーム板と、を備え、前記フレーム板を高熱伝導性材から形成し、前記ヒートシンクの端部に面接触させて固定したため、発光素子が取り付けられたフレーム板をヒートシンクに面接触させて、フレーム板からヒートシンクへの伝熱を増大し、放熱性に優れた光源ユニットを得ることができる。特に、反射鏡ではなくヒートシンクにフレーム板を面接触させているため、反射鏡への熱伝達を抑制し熱的影響を抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図である。
【図２】光源ユニットの断面図である。
【図３】光源ユニットの分解斜視図である。
【図４】第２の実施形態に係る光源ユニットの断面図である。
【図５】（Ａ）第３の実施形態に係る光源ユニットの断面図であり、（Ｂ）は第３の実施形態に係る光源ユニットの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１、図２、及び、図３は、本実施形態に係る光源ユニット１の構成を示す図であり、図１は（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図、（Ｃ）底面図、図２は断面図、図３は分解斜視図である。なお、以下の説明において、前後、及び、表裏とは、光源ユニット１の放射方向に対応するものであり、本実施形態では、放射方向を前、或いは、表として説明している。
【００１３】
光源ユニット１は、図１〜図３に示すように、発光素子の一例たるＬＥＤ素子を１パッケージ又はランプに多数収めて構成された高出力のＬＥＤ１１を光源として備える。光源ユニット１は、このＬＥＤ１１と共に、ＬＥＤ１１の発光面１１Ａに対向配置される反射鏡１２を備え、ＬＥＤ１１と、反射鏡１２と、を組にして構成される。なお、光源ユニット１は、ＬＥＤ素子の他に、例えば有機ＥＬ等の発光素子を光源として用いる構成であっても良い。
【００１４】
光源ユニット１は、ＬＥＤ１１を支持するフレーム板１３と、反射鏡１２を収めるヒートシンク１４と、を備える。
フレーム板１３は、図１に示すように、円環部１３Ａと、この円環部１３Ａの中心Ｏに配置される略円板状の取付部１３Ｂと、円環部１３Ａから取付部１３Ｂに向けて延びる三本のアーム部１３Ｃと、円環部１３Ａの外側に径方向に延出する４つのフレーム固定部１３Ｄと、を備え、これらが例えば銅などの高熱伝導性を有する板材を例えば型抜き成形するなどして一体に形成されている。
【００１５】
ヒートシンク１４は、アルミニウム合金等の高熱伝導性を有する金属材から形成される。ヒートシンク１４は、円筒状に形成された周壁１５を有し、その外周面１５Ａに複数の放熱フィン１６を有する。放熱フィン１６は、周壁１５の高さ方向に亘って周壁１５と一体に形成され、外周面１５Ａから放射状に延びている。また、ヒートシンク１４は、周壁１５の外周面１５Ａから径方向に延出する４つのホルダー固定部１４Ｂを備える。
【００１６】
図２は、図１（Ａ）に示したａ−ａ断面図であり、フレーム板１３の裏面では、図２に示すように、上記ＬＥＤ１１が取付部１３Ｂに固定される。また、アーム部１３Ｃには、図示は省略するが、回路用基板が設けられ、この回路用基板を介して外部からの電力がＬＥＤ１１に供給される。かかるフレーム板１３は、ＬＥＤ１１の発光面１１Ａを背面側に向けた姿勢で、ヒートシンク１４の上面１４Ａに、円環部１３Ａを面接触させて固定される。円環部１３Ａは、ヒートシンク１４の上面（端部）１４Ａを構成する周壁１５の上端面１５Ｂ、及び、放熱フィン１６の上端面（端面）１６Ａの両方に面接触するように形成される。
【００１７】
また、ヒートシンク１４のホルダー固定部１４Ｂと、フレーム板１３のフレーム固定部１３Ｄと、は互いに対応する位置、及び、大きさに形成される。ヒートシンク１４の上面１４Ａに、円環部１３Ａを固定する際には、ホルダー固定部１４Ｂと、フレーム固定部１３Ｄと、が対応する位置に配置されて、互いに固定される。これらの構成によれば、フレーム板１３と、ヒートシンク１４との接触面積を増すことができ、フレーム板１３の熱を、ヒートシンク１４に効率よく伝熱させ、放熱フィン１６を介して放熱させることができる。
【００１８】
反射鏡１２は、図２に示すように、光学反射面１２ＡがＬＥＤ１１の発光面１１Ａの正面に対向配置される。反射鏡１２は、光学反射面１２Ａが、対向配置されるＬＥＤ１１の放射光を全反射する反射特性を有し、また、このＬＥＤ１１の配置位置を焦点とする放物面（回転放物面）または非球面の凹状に形成されている。したがって、ＬＥＤ１１から放射された光は反射鏡１２の中心軸（光軸）Ｎに対して略平行な光Ｌとして反射され、フレーム板１３のアーム部１３Ｃ間の開口１７から前方に向けて放射される。
【００１９】
反射鏡１２は、例えば樹脂材を用いて樹脂成形によって形成することができ、図３に示すように、ヒートシンク１４とは別体に形成されて、筒状のヒートシンク１４に収容されて備えられる。反射鏡１２は、ヒートシンク１４の周壁１４Ｃの内側に嵌合されて備えられ、外周面１２Ｂには、フレーム板１３のアーム部１３Ｃに対応する位置に、不図示の回路用基板を介してＬＥＤ１１に電力を供給する電線が配線される凹部１８を備える。
凹部１８は、反射鏡１２の上下に亘って形成され、反射鏡１２をヒートシンク１４の内側に嵌め込んだ際には、上下に貫通するように設けられている。また、凹部１８の上端部には、アーム部１３Ｃの背面を通る電線が通る切欠き１８Ａが形成されている。この構成によれば、ＬＥＤ１１に電力を供給する電線を、光源ユニット１の放射方向に出すことなく、フレーム板１３背面側から、切欠き１８Ａ、凹部１８を介して光源ユニット１の後ろ側に配線することができる。
【００２０】
反射鏡１２の光学反射面１２Ａには、反射材料が塗布される。この構成によれば、反射鏡１２を樹脂等を用いて形成することで、光源ユニット１の軽量化を図る事ができるとともに、ヒートシンク１４から反射鏡への熱伝達を抑制することができ、熱的影響を抑えることができる。
また、反射鏡１２の上面１２Ｃには、複数の凸部１９Ａが設けられる。フレーム板１３には、この凸部１９Ａに対応する位置に位置決め凹部１９Ｂが設けられる。反射鏡１２と、フレーム板１３とは、この凸部１９Ａと、凹部１９Ｂとが係合する位置で合わせることで、アーム部１３Ｃ、切欠き１８Ａ、凹部１８がそれぞれ対応する位置に配置されるように位置決めされる。
【００２１】
光源ユニット１は、フレーム板１３の前面側に固定リング２０を備え、ヒートシンク１４の後面側に保持リング３０を備える。光源ユニット１は、フレーム板１３、反射鏡１２、及び、ヒートシンク１４を、固定リング２０と、保持リング３０とで挟み、前面側、及び、後面側からねじＳでねじ止めめされる。
固定リング２０は、アルミニウム合金等の高熱伝導性を有する金属材から形成される。固定リング２０は、フレーム板１３の円環部１３Ａと内径寸法、及び、外径寸法が略同じ径寸法に形成されるリング部２５と、このリング部２５の外径方向に延出する４つのリング固定部２０Ａを備える。各リング固定部２０Ａは、フレーム板１３のフレーム固定部１３Ｄに対応する位置、及び、大きさに形成されている。固定リング２０は、リング部２５の後面と、リング固定部２０Ａの後面とを、フレーム板１３の前面に面接触させて固定される。リング固定部２０Ａには、固定リング２０、及び、フレーム板１３をヒートシンク１４に一体にねじ止めするためのねじＳが挿入されるねじ孔２２が形成される。
【００２２】
また、固定リング２０は、内周に沿って、光源ユニット１の放射方向に延出するフード２１を備る。フード２１の外径寸法は、固定リング２０の外径寸法よりも小さく形成される。固定リング２０は、フード２１の外側で、ねじ孔２２に対応する位置に、ねじ孔２２に挿入されるねじＳの頭部が埋め込まれる座ぐり穴２３を備える。つまり、フード２１の外径寸法は、ねじ孔２２に挿入されるねじＳの頭部が干渉しない寸法に形成される。また、フード２１は、放射方向の高さＨが、反射鏡１２への外部からの光（外光）の入射を防止できる所定の高さに形成される。
【００２３】
これらの構成によれば、フレーム板１３の前面側に、高熱伝導性を有する金属材から形成された固定リング２０をフレーム板１３と面接触させて設けたため、フレーム板１３の前面から固定リング２０にＬＥＤ１１の熱を伝熱させることができる。これにより、フレーム板１３の前面、及び、後面の両方からＬＥＤ１１の発熱を、ヒートシンク１４、及び、固定リング２０に伝熱させることができるため、ＬＥＤ１１の出力が大きい場合でも、ＬＥＤ１１の熱を効率よく放熱させることができる。
また、固定リング２０の前面側に、反射鏡１２への外光の入射を防止する高さに形成されたフード２１を設けたため、光源ユニット１の外光の影響を防ぐことができる。
【００２４】
保持リング３０は、アルミニウム合金等の高熱伝導性を有する金属材から形成される。保持リング３０は、リング状に形成されたリング部３５と、リング部３５の内径に沿って前側に延出し、ヒートシンク１４の内側に挿入される挿入部２４と、を備える。保持リング３０は、挿入部２４をヒートシンク１４の内側に挿入した際に、リング部３５の前面３５Ａが、ヒートシンク１４の後面に面接触するとともに、挿入部２４の外周面３４Ａが、ヒートシンク１４の内周面と面接触するように形成されている。
【００２５】
また、保持リング３０は、ヒートシンク１４のホルダー固定部１４Ｂに対応する位置、及び、寸法に形成された保持リング固定部３２を備える。保持リング固定部３２には、保持リング３０をヒートシンク１４に固定するねじＳが挿入されるねじ孔３３が形成される。保持リング３０は、保持リング固定部３２を、ヒートシンク１４のホルダー固定部１４Ｂに面接触させて、ねじＳでヒートシンク１４に固定される。この構成によれば、ヒートシンク１４と保持リング３０との接触面積を増大させて、ヒートシンク１４の熱を、保持リング３０に伝熱することができる。これにより、光源ユニット１全体での放熱面積を広げることができるため、ＬＥＤ１１の出力が大きい場合でも、ＬＥＤ１１の熱を効率よく放熱させることができる。
【００２６】
また、保持リング３０は、反射鏡１２に設けられた凹部１８に対応する位置に形成された凹部３１を備える。ヒートシンク１４の内側に反射鏡１２、及び、保持リング３０の挿入部３４を挿入した際には、これらの凹部１８，３１によって、ヒートシンク１４の上下に貫通する孔が形成される。この構成によれば、ＬＥＤ１１に接続する電線を凹部１８，３１を介して光源ユニット１の後側に引き出すことができるため、配線による光源ユニット１の放射光への影響を防止することができる。
【００２７】
ヒートシンク１４は、ホルダー固定部１４Ｂに、内部にねじ山が切られたねじ孔４１を備える。固定リング２０、及び、フレーム板１３の各ねじ孔２２，４２に光源ユニット１の前側から挿入されたねじＳ、及び、保持リング３０のねじ孔３３に光源ユニット１の後側から挿入されたねじＳが、ねじ孔４１に螺合され、内側に反射鏡１２が嵌め込まれたヒートシンク１４が、固定リング２０、フレーム板１３、保持リング３０と一体に固定される。
【００２８】
これらの構成によれば、フレーム板１３、ヒートシンク１４、固定リング２０、及び、保持リング３０を高熱伝導材から形成し、ヒートシンク１４の前面には、フレーム板１３を面接触させて配置し、フレーム板１３の前面には、固定リング２０を面接触させて配置し、さらに、ヒートシンク１４の後面には、保持リング３０を面接触されて配置した。これらにより、ＬＥＤ１１の熱を、フレーム板１３を介して、ヒートシンク１４、固定リング２０、及び、保持リング３０に伝熱させて放熱させることができ、ＬＥＤ１１の出力が大きい場合でも、ＬＥＤ１１の熱を効率よく放熱させることができる。
【００２９】
固定リング２０、フレーム板１３、ヒートシンク１４、及び、保持リング３０には、リング固定部２０Ａ、フレーム固定部１３Ｄ、ホルダー固定部１４Ｂ、保持リング固定部３２に、同軸Ｘ上に支持孔４３，４４，４５，４６がそれぞれ形成されている。光源ユニット１の組み立て時には、例えば、図示は省略するが、それぞれ所定の間隔で互いに平行に配置された４本の棒状の軸を有する治具の各軸を用いて、支持孔４３，４４，４５，４６に治具の軸を挿入することで、固定リング２０、フレーム板１３、ヒートシンク１４、及び、保持リング３０の位置決めをする構成であっても良い。また、支持孔４３，４４，４５，４６は、不図示の灯具に光源ユニット１を支持する際に用いられる構成であっても良い。
【００３０】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、凹状の反射鏡１２と、反射鏡１２を収める筒状のヒートシンク１４と、反射鏡１２の正面に配置され、反射鏡１２に光を照射する発光素子１１が裏面に設けられたフレーム板１３と、を備え、フレーム板１３を高熱伝導性材から形成し、ヒートシンク１４の端部１４Ａに面接触させて固定した。この構成によれば、発光素子１１が取り付けられたフレーム板１３をヒートシンク１４の端部１４Ａに面接触させて、フレーム板１３からヒートシンク１４への伝熱を増大し、少ない部品点数で、放熱性に優れた光源ユニット１を得ることができる。特に、反射鏡１２ではなくヒートシンク１４にフレーム板１３を面接触させているため、反射鏡１２への熱伝達を抑制し熱的影響を抑えることもできる。
【００３１】
また、本発明を適用した実施形態によれば、高熱伝導性材から形成され、フレーム板１３をヒートシンク１４との間で挟んでヒートシンク１４に固定する固定リング２０を備えたため、発光素子１１が取り付けられたフレーム板１３をヒートシンク１４、及び、固定リング２０で挟んで、ヒートシンク１４、及び、固定リング２０に面接触させ、フレーム板１３からＬＥＤ１１の熱をヒートシンク１４、及び、固定リング２０へ伝熱して、放熱させることができ、放熱性に優れた光源ユニット１を得ることができる。特に、フレーム板１３の表裏の両面からそれぞれヒートシンク１４、及び、固定リング２０に伝熱させて放熱させることができるため、フレーム板の伝熱を格段に増大させることができる。
【００３２】
また、本発明を適用した実施形態によれば、ヒートシンク１４は、放射状に延びる複数のフィン１６を有し、フレーム板１３をフィン１６の端面１６Ａに面接触させたため、フレーム板１３からヒートシンク１４のフィン１６に直接伝熱して放熱させることができるため、フレーム板１３からヒートシンク１４への伝熱を増大し、放熱性に優れた光源ユニット１を得ることができる。
【００３３】
また、本発明を適用した実施形態によれば、固定リング２０を反射鏡１２の光軸方向に延ばし、反射鏡１２内への外光の浸入を防ぐフード２１を設けたため、反射鏡１２への外部からの光の入射を固定リング２０で妨げることができ、光源ユニット１の外光の影響を抑えることができる。
【００３４】
また、本発明を適用した実施形態によれば、ヒートシンク１４と、反射鏡１２とを別体に形成したため、反射鏡１２を軽量、かつ、熱伝導性の低い材料、例えば樹脂材、から形成することができ、光源ユニット１の軽量化を図る事ができると共に、反射鏡１２への熱伝達を抑制し熱的影響を抑えることができる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、フレーム板１３を、ヒートシンク１４と、固定リング２０とで挟んで固定する構成としたが、以下に述べる第２実施形態では、例えばＬＥＤ１１の高出力化等に伴って更に高い放熱性が要求される場合に好適に用いることができる実施形態について説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３６】
この、第２実施形態では、光源ユニット１０１は、図４に示すように、フレーム板１３の前後にヒートシンク１４，５０を配置し、フレーム板１３をヒートシンク１４，５０に面接触させて固定した。ヒートシンク１４，５０は、アルミニウム合金等の高熱伝導性を有する金属材を用いて、例えば押し出し成形により形成することができ、一定の断面形状に形成された材料をそれぞれ所定の長さで切り出して形成される。この構成によれば、各ヒートシンク１４，５０を、光源ユニット１０１の用途や、必要な熱容量に基づいて任意の長さに形成することができる。
また、前側ヒートシンク５０は、フレーム板１３の前側に配置され、光源ユニット１１０１の放射方向に延在するため、反射鏡１２への外光の入射をヒートシンク５０で妨げることができ、外光の影響を抑えることができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
上述の第１実施形態、及び、第２実施形態では、反射鏡１２は、ヒートシンク１４の内側に嵌合されて備えられ構成としたが、この第３実施形態では、図５（Ａ）に示すように、光源ユニット１０２は、反射鏡１１２の下端部に径方向に延出するフランジ部１１３を備え、このフランジ部１１３を保持リング３０の後側から挿入したねじＳ（不図示）でヒートシンク１４に固定して備える。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
反射鏡１１２にフランジ部１１３を設けて、フランジ部１１３をヒートシンク１４に面接触させて反射鏡１１２をヒートシンク１４に固定するこの第３実施形態では、ヒートシンク１４から保持リング３０への伝熱は行われないため、図５（Ｂ）に示すように、光源ユニット１０３は、保持リング３０を備えない構成としても良い。また、ヒートシンク５０を固定リング２０の代替として用いて、光源ユニット１０３は、フレーム板１３の前後をヒートシンク１４，５０で挟み、ヒートシンク５０、フレーム板１３、ヒートシンク１４、及び、反射鏡１１２を、一体にねじ等で固定して構成される構成であっても良い。この構成によれば、少ない部品点数で、放熱性に優れた光源ユニット１０３を得ることができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形及び応用が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１０１、１０２、１０３  光源ユニット
１１  ＬＥＤ（光源、発光素子）
１２、１１２  反射鏡
１３  フレーム板
１４  ヒートシンク
１４Ａ  端部
１６  フィン
１６Ａ  端面
２０  固定リング
２１  フード
【図１】
0005994244.tif 000002
【図２】
0005994244.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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